Легкий способ сварки чугуна: как сделать надежное крепление

Сварка чугуна

В последнее период благодаря бессчетным публикациям, посвященным конструированию самодельных сварочных трансформаторов и выпрямителей для ручной сварки, у самодельщиков возникла способность активнее применять электросварку (в быту, на приусадебном участке, в фермерском хозяйстве). Не считая данного, в продаже возникли большое количество малогабаритных источников питания сварочной дуги, при том как отечественных, так и иностранного изготовления.

Итак, допустим, что аппаратура у вас присутствует, навыки в зажигании сварочной дуги и поддержании ее устойчивого горения отработаны, приемы наложения сварных швов в всевозможных пространственных положениях освоены. Осталось найти, чем сваривать а и кроме того как сваривать? И если сварку большинства сталей в бытовых условиях выполнить довольно легко, и, самое важное, нужные сварочные электроды в настоящее момент всегда существуют в продаже, то со сваркой чугуна, являющегося наряду со сталью одним из главных конструкционных материалов в машиностроении, появляются препятствия.

Чугун — это железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода превышает 2,14%. Высокое содержание углерода в чугуне приводит к тому, что в отличие от сталей углерод в чугуне находится в свободном состоянии. Например, в наиболее широко распространенном сером чугуне углерод существует в виде включений графита (вспомним, что чугун мажется), обуславливающем его низкую пластичность, невысокую прочность и плохую свариваемость.

Сварщики-практики считают, что свариваемость чугуна в основном связана со строением структуры чугуна в изломе. Так, чугуны, имеющие мелкозернистый излом светло-серого цвета, свариваются легче, чем чугуны, у которых излом характеризуется крупнозернистой структурой и имеет темно-серый или, что еще хуже, черный цвет. Практически не поддаются сварке промасленные чугуны, а также чугуны, подвергавшиеся воздействию агрессивных сред.

Главная беда при сварке чугуна — низкое качество сваренного соединения, что связано с интенсивной закалкой металла в зоне сварного шва, то есть с повышением хрупкости металла в этой зоне.

В условиях производства электродуговую сварку чугуна осуществляют горячим методом, при котором производится предварительный нагрев свариваемых деталей до температуры 600-650°С. Существует и холодный метод, когда детали перед сваркой нагревают совсем не сильно (до температуры 150— 250°С) или вообще не нагревают.

В обычных условиях, когда специальное нагревательное оборудование отсутствует, а потребность в сварке чугунных деталей носит эпизодический характер, более подходящей является холодная сварка чугуна специальными электродами.

В промышленности широкое применение для сварки чугуна без нагрева нашли электроды ОЗЧ-2 с медным стержнем, покрытым специальным составом, и электроды МНЧ-2 со стержнем из сплава никеля, меди, железа и марганца (монельметалла). Металл, наплавленный электродами МНЧ-2, лучше поддается обработке резанием, однако эти электроды весьма дефицитны и дороги. Электроды марки ОЗЧ-2 дешевле, к тому же их сравнительно легко изготовить самостоятельно.

Как уже говорилось, электрод ОЗЧ-2 представляет из себя медный стержень с электродным покрытием, содержащим железный порошок — 50%, мрамор — 27%, плавиковый шпат — 7%, кварц — 4,5%, ферромарганец — 2,5%, ферротитан — 6%, ферросилиций — 2,5%, соду — 0,5% (по массе). Не надо пугаться большого числа компонентов, поскольку при изготовлении самодельных электродов можно воспользоваться готовым покрытием от широко распространенных электродов для сварки стали. Например, для сварки чугуна постоянным током подойдет покрытие электродов марки УОНИ-13/55 или ОЗС-2, а для сварки переменным током — покрытие электродов АНО-4 или АНО-5.

Порядок изготовления электродов для сварки чугуна следующий. Отрезки медной проволоки (медь марок М2, МЗ и др.) диаметром 3-5 мм и длиной около 450 мм непосредственно перед нанесением на них покрытия зачищают наждачной бумагой и обезжиривают каким-либо органическим растворителем. С соответствующих стальных сварочных электродов скалывают покрытие, измельчают его и смешивают в пропорции 1:1 (по массе) с железным порошком или мелкими стальными опилками. Затем все тщательно перемешивают с жидким стеклом (к сухой смеси компонентов добавляют около 30% водного раствора жидкого стекла, то есть силикатного клея). В полученную сметанообразную массу вертикально окунают подготовленные отрезки медной проволоки и медленно (желательно с постоянной скоростью) извлекают из обмазочной массы, дав стечь ее излишкам. Толщина слоя покрытия в этом случае должна составить 1,5-2 мм. Далее электроды сначала сушат на воздухе в вертикальном положении, а потом прокаливают при температуре 200-250°С, используя для этого, например, духовку кухонной плиты.

Сварку самодельными электродами ведут короткой дугой, причем при использовании постоянного тока — на обратной полярности (“+” на электроде). Обязательны перерывы в работе для охлаждения детали до температуры 50-60°С. Значение сварочного тока при диаметрах электрода 3-5 мм составляет 90-180 А. Для обеспечения качественной сварки шов накладывают короткими участками длиной по 30-50 мм и сразу после сварки проковывают (практика показала, что тщательная проковка металла предотвращает появление трещин в сварном шве).

Если нет времени или желания заниматься изготовлением электродов, неплохие результаты в бытовых условиях обеспечит сварка чугуна комбинированными медно-стальными электродами. Последние делают, навивая поверх электрода (с покрытием), предназначенного для варки стали (УОНИ 13/45, АНО-4 и др.), спираль из медной или латунной проволоки диаметром 1,5-2 мм (масса этой спирали должна быть примерно в 4-5 раз больше массы стального стержня используемого электрода).

При сварке комбинированным электродом, как и вообще при холодной сварке, нельзя допускать сильного разогрева свариваемых деталей, поэтому процесс ведут на минимально возможном сварочном токе короткими участками “вразброс” (с обязательной проковкой полученных швов молотком) и, конечно, с перерывами для остывания обрабатываемой детали.

Следует, наверное, сказать несколько слов и о газопламенной сварке чугуна. Ведь этот способ является одним из наиболее надежных, особенно при сварке серого чугуна, причем здесь можно обойтись без специальных сварочных материалов, хотя некоторое оборудование все-таки потребуется.

При газопламенной сварке легко осуществить более медленный и равномерный нагрев (или охлаждение) детали. В результате в металле сварного шва и на границах шва воздаются более благоприятные условия для графитизации углерода, уменьшается вероятность возникновения внутренних напряжений и появления трещин.

Однако газопламенную сварку обычно проводят с подогревом детали. Местный подогрев ведут пламенем горелки непосредственно перед сваркой, общий подогрев как и при горячем методе электродуговой сварки, выполняют в специальных печах. В качестве присадочного металла используют литые чугунные прутки. Сварку ведут нормальным или науглероживающим пламенем, применяя флюс из буры или смеси: буры — 56%, соды и поташа — по 22% . (по массе).

Хорошие результаты дает сварка-пайка чугуна газовым пламенем с применением прутка из латуни, у которой температура плавления ниже, чем у чугуна. Процесс осуществляют с применением флюса из буры или смеси буры и борной кислоты (взятых в равных количествах).

Кромки трещины, разделанные под угол 70-80°, нагревают до температуры 850-900 °С (цвет светло-красного каления), посыпают флюсом и с помощью латунного прутка облуживают кромки. После этого всю разделку заполняют латунью, не расплавляя чугуна.

Учтите, перед началом сварки (независимо от способа сварки) всегда выполняют подготовку (скашивание) кромок соединяемых деталей или разделку дефектных мест.

Скашивают кромки вручную слесарным зубилом или переносным наждачным кругом с гибким валом. Во избежание отколов чугун срубают тонкими слоями, так что толщина стружки не должна превышать 0,8-1 мм.

Разделку дефектных мест до чистого металла производят с помощью зубил, сверл, шаберов, шарошек, размеры которых зависят от размеров и характера дефекта, формы детали и необходимости создания удобных условий для работы.

При разделке дефектных мест на чугунных деталях надо руководствоваться следующими правилами:

• разделку ведут строго по трещине;

• несквозные трещины на расстоянии 8-10 мм от их концов засверливают сверлом диаметром на 1-2 мм большим ширины трещины и вырубают их до сплошного металла;

• сквозные трещины разделывают (в зависимости от толщины металла и удобства выполнения разделки и сварки) с одной или двух сторон (V-образ-ная и Х-образная разделки). Места окончания трещин также предварительно засверливают;

• на трещины, расположенные близко друг к другу, обычно наваривают заплату, как на пробоину.

При заварочном ремонте пробоины ее края выравнивают, срубая зубилом остроугольные выступы. Поверхность детали на расстоянии 25-30 мм от краев пробоины зачищают наждачным кругом. Затем вырезают необходимой формы и толщины заплату из листовой низкоуглеродистой стали (заплата должна перекрывать пробоину на 15-20 мм со всех сторон).

Для уменьшения напряжений, возникающих в материале при сварке, у заплаты отбортовывают края на угол 20-30°.

Заплату укладывают на ремонтируемую деталь отбортовкой к чугуну и приваривают внахлестку.

Изношенные резьбовые отверстия реставрируют, устанавливая на их место резьбовые пробки, изготовленные из того же материала, что и сама деталь. Для этого изношенное отверстие рассверливают сверлом большого диаметра, нарезают в нем резьбу и ввертывают в новую резьбу специально изготовленную для этого резьбовую пробку. Затем пробку обваривают по торцу кольцевым швом, сверлят в ней нужное отверстие и нарезают в ней “родную” резьбу.

Если установить резьбовую пробку в изношенное отверстие не удается, необходимо, разделав кромки отверстия, заплавить его заподлицо с поверхностью детали, поле чего просверлить в детали новое отверстие и нарезать нужную резьбу.

Читайте также:  Как сделать автономное отопление в квартире своими руками

И, конечно, в наплавленном металле не должно быть сквозных трещин, пор, непроваров или прожогов. Обнаруженные дефектные участки удаляют механическим путем и вновь заваривают с соблюдением всех вышеперечисленных рекомендаций.

Сварку самодельными электродами ведут короткой дугой, причем при использовании постоянного тока — на обратной полярности (“+” на электроде). Обязательны перерывы в работе для охлаждения детали до температуры 50-60°С. Значение сварочного тока при диаметрах электрода 3-5 мм составляет 90-180 А. Для обеспечения качественной сварки шов накладывают короткими участками длиной по 30-50 мм и сразу после сварки проковывают (практика показала, что тщательная проковка металла предотвращает появление трещин в сварном шве).

Технология сварки чугуна инвертором в домашних условиях

Чугун в бытовых условиях применяют очень часто: начиная с батарей и других элементов сантехники, заканчивая компонентами заборов, запчастями машин, станков, коллекторов, промышленного оборудования. Сложности возникают, когда дело доходит до варки этого металла. Сварка чугуна электродами — задача непростая. Если при обработке других видов стали не требуется особой подготовки, то наварить швы на чугунные детали без навыков невозможно.

  • металл относится к жидкотекучим, потому единственным допустимым рабочим положением является нижнее;
  • при несоблюдении температурных режимов и перекаливании металла углерод выгорит, образуются поры;
  • отсутствие необходимой температуры и минимальная пластичность — главные причины напряжений в местах соединения швов;
  • расплавленным чугуном могут создаваться окислы с температурой плавления выше, чем у исходного материала.

Подготовка чугуна для сварки инвертором холодным методом

Прежде, чем сваривать чугун, его нужно подготовить. Сперва нужное место зачищается болгаркой с лепестковым кругом или другой подходящей насадкой. После зачистки верхнего слоя до не окисленного металла нужно провести обязательное обезжиривание бензином или любым другим растворителем. Если вы решили заделать трещину, то металл нужно расчистить до ее окончания, и в этом месте засверлить отверстие диаметром 10 мм.

Отдельно стоит поговорить про следующие особенности подготовки:

1. Шпильки. Дуговая сварка чугуна может осуществляется как послойно без применения опорных элементов, так и с
использованием шпилек. Шпильки состоят из стали. Их размеры строго регламентируются, так например диаметр не должен превышать 40% от толщины чугуна. Выступ шпильки над металлом ограничен 4-6 мм, а расстояние между шпильками не должно быть больше, чем 6 диаметров. Количество зависит только от размеров соединения, но не больше 25% от площади излома

2. Разделка кромок.

Обратите внимание! Кромки не должны иметь острый срез в месте соединения двух частей метала, оптимальная форма – сферическая.

3. Электроды должны быть специальными. Заваривать такой металл обычными электродами по стали практически невозможно, поэтому стоит приобрести электрод с добавлением меди, хрома, никеля и других лигатур, способствующих наплавлению на прихотливый чугун.


2. Разделка кромок.

Электроды по чугуну своими руками

При отсутствии специальных электродов для сварки чугуна, можно самостоятельно сделать расходники, близкие по характеристикам к марка ОЗЧ-2 и ОЗЧ-6. Далее мы рассмотрим два способа, как сделать электроды для чугуна своими руками.

  1. Изготовление электродов по чугуну осуществляется по следующей технологии:

Предупреждение! Этот способ мы еще не пробовали на практике, он был найден в открытых источниках, за результат мы не отвечаем. Если будете делать, то на свой страх и риск. О результатах просим поделиться в комментариях к данной статье. Следующий способ более традиционен и опробован многими, что и показано на видео ниже.

  • Необходимо взять медную проволоку диаметром 2-5 мм., зачистить её наждачной бумагой, обезжирить и покрыть самодельной обмазкой; проще всего приготовить обмазку из покрытия обычных электродов (АНО-4, УОНИ-13/55).
  • Покрытие расходников общего назначения соскабливается со стержня, измельчается и смешивается со стальными опилками или железным порошком в пропорции 1:1. Затем в получившуюся смесь добавляется силикатный клей, после все компоненты тщательно смешиваются.
  • Проволока опускается в самодельную обмазку, пока нанесенного толщина покрытия не составит 1,5-2,0 мм. Затем нужно подождать, пока излишки смеси стекут.
  • Следующий этап – сушка, проводящаяся на открытом воздухе, электроды сушатся в вертикальном положении.
  • Завершающаяся процедура – прокалка выполняется в духовке или на плите при температуре 200-250°С.
  • Самодельные электроды по чугуну готовы к сварке. Режим сваривания электродами, созданными своими руками, не отличается от режима работы фирменными расходниками.

2. Существует ещё один способ как изготовить чугунный электрод. Сварщику понадобится дрель, стальной электрод (АНО-4, УОНИ-13/45) и медная проволока диаметром 2 мм.

Чтобы изготовить электрод для чугуна своими руками по данной технологии следует произвести следующие действия: проволока накручивается на стальную основу обычного электрода посредством вращения его зажатым в партоне дрели. Чтобы наглядно ознакомиться с процессом производства, рекомендуем посмотреть видео.

Произведенные электроды из чугуна своими руками позволят сэкономить денежные средства, а также выполнять сварочные работы без простоя. Но качество будет ниже, чем от применения специальных электродов для чугуна.

Изготовление электродов в домашних условиях по чугуну может осуществить исполнитель любого уровня.

Изготовление электродов в домашних условиях по чугуну может осуществить исполнитель любого уровня.

Подготовка деталей

Перед началом работ обязательно нужно подготовить поверхности соединяемых кромок. Для этого их очищают от грязи и пыли, обезжиривают. Для обеспечения большей глубины проваривания, с кромок снимается фаска. Края фаски необходимо закруглить.

Если возникла необходимость заварить трещину, ее нужно «разделать» по всей длине, чтобы увеличить площадь соприкосновения детали со сварочным материалом. Это можно сделать шлифмашиной с отрезным абразивным кругом для работ по металлу. Перед сваркой концы трещины необходимо засверлить, чтобы при нагреве она не разошлась еще на большую длину.


Если возникла необходимость заварить трещину, ее нужно «разделать» по всей длине, чтобы увеличить площадь соприкосновения детали со сварочным материалом. Это можно сделать шлифмашиной с отрезным абразивным кругом для работ по металлу. Перед сваркой концы трещины необходимо засверлить, чтобы при нагреве она не разошлась еще на большую длину.

Принципы действия механической очистки сточных вод: итоги

Таким образом, все механические методы очистки стоков делятся на несколько категорий:

  • фильтрование;
  • процеживание;
  • отстаивание;
  • флотация;
  • дисковая фильтрация;
  • центрифугирование (гидроциклоны).

Соответственно, разными будут и принципы очистки стоков. Подробнее о применении различных очистных приспособлений мы писали выше.

Биологические методики очистки воды – это:

Суть, предназначение и сферы применения метода

Механическая обработка стоков дает возможность:

  • отделить нерастворимые составляющие (мусор, взвешенные частицы, химические соединения);
  • создать равномерный поток, предотвращающий колебания объема на следующих стадиях чистки.

Отделенные взвеси удаляются для утилизации или вторичного использования. Этот способ применяется в основном на промышленных предприятиях.

В быту устанавливаются различные септики, разделенные на несколько отсеков. В процессе перемещения жидкости взвеси оседают на дно, уровень очистки воды на выходе 60-70%.

Чтобы избавиться от самых мелких частиц, устраиваются фильтрационные поля. Септики полностью энергонезависимые, стоят не дорого, монтируются просто. Недостаток один – систему доочистки не всегда возможно устроить.

В быту устанавливаются различные септики, разделенные на несколько отсеков. В процессе перемещения жидкости взвеси оседают на дно, уровень очистки воды на выходе 60-70%.

Физико-химические

Эти способы применяют чтобы очистить воду от растворенных веществ вместе с нерастворимыми примесями. Данные способы более эффективны, чем механическая и биологическая очистка. Поэтому они применяются в случаях, когда нужна вода высокого качества – например, при ее повторном использовании.

Физико-химическая очистка проводится с помощью процессов флотации, электролиза, сорбции, нейтрализации, экстракции.

Если осадок остается в бункере-накопителе долгое время, он начинает загнивать. Чтобы избежать подобных последствий, его обрабатывают, получая на выходе безопасную сухую массу или вторсырье.

Принцип и схема очистки загрязненной сточной воды сегодня

Изучив все действующие приспособления для нейтрализации сточных вод можно рассмотреть, как происходит нейтрализация стоков. Состоит она из нескольких этапов:

  • Сначала все стоки с предприятий и жилых массивов города попадают в специально смонтированный водосборник, откуда после транспортируются на очистную станцию.
  • Первый основной этап нейтрализации производственных (промышленных) стоков — механическая очистка. То есть прохождение стоков через специальные фильтры, сетки и решетки для отделения крупного мусора. Частицы мусора отправляются в шламосборник.
  • Следующий этап (стадия) очистки воды — её перекачивание в специальный отстойник, где происходит дальнейшее осаждение оставшихся частиц мусора и их удаление из воды. В отстаивании принимает участие и песколовка, которая пропускает через себя поступающую в отстойный пруд воду.
  • Далее отстоянная вода проходит стадию осветления с использованием коагулянтов и отправляется в пресс-фильтры. Здесь под большим давлением вода проходит сквозь специальные фильтры, которые улавливают все оставшиеся частицы. Эта стадия является заключительной при механической очистке стоков.
  • Далее в зависимости от первоначального типа загрязнения стоков вода отправляется для дальнейшей биологической, химической или физико-химической очистки. То есть на воду будут воздействовать либо бактериями, либо химическими веществами, либо ультрафиолетом или озоном.

Важно: эффективность очистки стоков с применением первоначального механического метода равна 60%. Дальнейшие манипуляции с водой позволяют очистить стоки на 90-98%.


Помимо хлорирования очень эффективным способом дезинфекции стоков является озонирование. Но этот метод достаточно дорогостоящ. Используется лишь в странах Европы.

Читайте также:  Как хранить помидоры в домашних условиях

Химические методы очистки сточных вод

Основаны на применении химикатов, результатом чего становится один из трех процессов:

  1. Нейтрализация: данный метод призван обезвреживать кислоты и щелочи путем преобразования их в безопасные вещества. С такими загрязнителями приходится иметь дело при очистке стоков промышленных предприятий. Если в наличии имеются и кислотные, и щелочные стоки, их можно нейтрализовать путем простого смешивания. Для нейтрализации кислотных вод применяют щелочные отходы, едкий натр, соду, мел и известняк. Для реализации данного метода на предприятиях устанавливают фильтры и различные устройства.
  2. Окисление: окислению подвергают те виды загрязнений, которые невозможно обезвредить другими способами. В качестве окислителей применяют кислород, бихромат и перманганат калия, гипохлорит натрия и кальция, хлорную известь и другие реагенты.
  3. Восстановление: с помощью данного метода можно обезвредить соединения хрома, ртути, мышьяка и некоторых других элементов, которые являются легковосстанавливаемыми. В роли реагентов выступают диоксид серы, гидросульфит натрия, водород и сульфат железа.

Промышленная очистка воды


Анаэробная система очистки с последующей очисткой МБР

Стоки как полезные ископаемые

На многих заводах очистка стоков призвана не только убрать загрязнения, но извлечь полезные вещества и повторно их использовать в производственном цикле (метод рекуперации). Очищенная техническая вода также не сливается в дренаж, а используется повторно. Возвращенная в цеха вода называется оборотной.

Обеззараживание хлором используется все реже. В некоторых странах Европы хлорирование воды запрещено, вместо него применяют озон.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Если при расчете необходимой степени очистки сточных вод концентрация взвешенных веществ должна быть снижена на 40—50%, а величина показателя ВПК на 20—30%, то можно

ограничиться механической очисткой. Состав сооружений принимается по схеме, приведенной на рис. 10.1. Расход сточных вод при такой схеме составляет не более 10 тыс. м 3 /сут.

Рис. 10.1. Технологическая схема очистной станции с механической очисткой сточных вод:

  • 1 — сточная вода; 2 — решетки; 3 — песколовки; 4 — отстойники; 5 — смесители; 6 — контактный резервуар; 7 — выпуск; 8 — дробилки; 9 — песковые площадки;
  • 10 — метантенки; 11 — хлораторная; 12 — иловые площадки; 13 — отбросы;
  • 14 — пульпа; 1 5 — песчаная пульпа; 16 — сырой осадок; 17 — сброженный осадок; 18 — дренажная вода; 19 — хлорная вода

Сточная вода, поступающая на очистную станцию, проходит через решетки, песколовки, отстойники и обеззараживается при использовании хлора. Отбросы с решеток направляются в дробилку и в виде пульпы сбрасываются в канал перед или за решеткой. Возможен вариант вывоза отбросов на полигон. Осадок из песколовок перекачивается на песковые площадки. Из отстойников осадок направляется в метантенки с целью окисления органических веществ. Для обезвоживания сброженного осадка используются иловые площадки, дренажная вода с этих площадок перекачивается в канал перед контактным резервуаром.

При больших расходах сточных вод — от 50 тыс. м 3 /сут до 2—3 млн м 3 /сут и более — применяется технологическая схема, приведенная на рис. 10.2.

Механическая очистка сточных вод производится на решетках, в песколовках и отстойниках. Сырой осадок из первичных отстойников направляется в метантенки. Биологическая очистка сточных вод по этой схеме осуществляется в аэротенке. Для нормальной жиз-

Рис. 10.2. Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод в аэротенках:

  • 1 — сточная вода: 2 — решетки; 3 — песколовки; 4 — преаэраторы;
  • 5 — первичные отстойники; 6 — аэротенки; 7 — вторичные отстойники;
  • 8 — контактный резервуар; 9 — выпуск; 10 — отбросы; 11 — дробилки;
  • 12 — песковые площадки; 13 — илоуплотнители; 14 — песок; 15 — избыточный активный ил; 16 — циркуляционный активный ил; 17 — газгольдеры;
  • 18 — котельная; 19 — машинное здание; 20 — метантенки;
  • 21 — цех механического обезвоживания сброженного осадка; 22 — газ;
  • 23 — сжатый воздух; 24 — сырой осадок; 25 — сброженный осадок;
  • 26 — на удобрение; 27 — хлораторная установка; 28 — хлорная вода

недеятельности микроорганизмов активного ила в аэротенк должен поступать воздух, который подается воздуходувками, установленными в машинном здании. Смесь очищенной сточной воды и активного ила из аэротенка направляется во вторичный отстойник, где осаждается активный ил и основная его масса возвращаются в аэротенк. Очищенная сточная вода обеззараживается в контактном резервуаре и сбрасывается в водоем. Сброженный осадок из метан-тенков направляется для механического обезвоживания на вакуум-фильтры или фильтр-прессы. Обезвоженный осадок может подвергаться термической сушке и использоваться в качестве удобрения.

На рис. 10.3 приведена технологическая схема биологической очистки сточных вод на биофильтрах. Такие схемы используются для расходов сточных вод порядка 10—20 тыс. м 3 /сут. После сооружений механической очистки вода поступает на биофильтры и затем во вторичные отстойники, в которых задерживается биологическая пленка (биопленка), выносимая водой из биофильтров; далее вода направляется в контактный резервуар, дезинфицируется и сбрасывается в водоем.

Рис. 10.3. Технологическая схема очистной станции с биологической

очисткой сточных вод на биофильтрах:

  • 1 — сточная вода; 2 — решетки; 3 — песколовки; 4 — первичные отстойники; 5 — биофильтры; 6 — вторичные отстойники; 7 — контактный резервуар;
  • 8 — выпуск; 9 — отбросы; 10 — дробилки; 11 — хлораторная установка;
  • 12 — осадок из первичных отстойников; 13 — биопленка из вторичных отстойников; 14 — песок; 1 5 — бункер песка; 16 — иловые площадки

Физико-химическая очистка городских сточных вод применяется для очистки расходов 10—20 тыс. м 3 /сут. На рис. 10.4 приведена технологическая схема физико-химической очистки сточных вод.

Вода, прошедшая решетки и песколовки, направляется в смеситель, куда подаются растворы реагентов — минеральных коагулянтов и органических флокулянтов. После камер хлопьеобразо-вания осадки отделяются от очищенной воды в горизонтальных отстойниках. Для глубокой очистки от взвешенных веществ ис-

Рис. 10.4. Технологическая схема очистной станции с физико-химической очисткой сточных вод:

  • 1 — сточная вода; 2 — решетки; 3 — песколовки; 4 — смеситель; 5 — камера хлопьеобразования; 6 — горизонтальные отстойники; 7 — барабанные сетки;
  • 8 — фильтры; 9 — контактный резервуар; 10 — выпуск в водоем; 11 — песок;
  • 12 — бункер песка; 13 — приготовление и дозирование реагентов; 14 — осадок; 1 5 — осадкоуплотнители; 16 — центрифуги; 17 — хлораторная; 1 8 — шлам;
  • 19 — отстоенная вода

пользуются барабанные сетки и двухслойные фильтры или фильтры с восходящим потоком воды. Обеззараженная хлором вода сбрасывается в водоем. Осадок из отстойников уплотняется и обезвоживается на центрифугах.

Приведенные технологические схемы широко распространены как в отечественной, так и зарубежной практике, при этом имеются станции, работающие по измененным схемам.

Технологические схемы очистки производственных сточных вод могут применяться при использовании самых разнообразных методов очистки, включая физико-химические методы, биологический метод и т.д. Это зависит от специфики загрязняющих сточные воды веществ, их концентрации и ПДК сброса в городскую канализацию.

очисткой сточных вод на биофильтрах:

Биологический

Биологические методы очистки сточных вод применяют тогда, когда имеются загрязнения органической природы. Больший эффект наблюдается при использовании аэробных бактерий. Но для обеспечения их жизнедеятельности требуется кислород. Поэтому при работе в искусственных условиях необходима закачка воздуха, что приводит к увеличению затрат.

Применение анаэробных микроорганизмов снижает расходы, однако уступает по эффективности. Для увеличения качества фильтрации производят доочистку ранее переработанных стоков. Наиболее часто с этой целью используются контактные осветлители, представляющие собой многослойный фильтр. Реже — микрофильтры.

Очистка сточных вод этим методом избавляет их от токсичных примесей, но одновременно происходит насыщение фосфором, азотом. Сброс такой воды нарушит экологическую систему водоема. Удаление азота осуществляется другими способами.

  • смешивают щелочи и кислоты в форме жидкостей;
  • вводят химические реагенты;
  • фильтруют стоки, содержащие кислоты;
  • нейтрализуют газы с помощью щелочей и кислоты — раствором аммиака.

Механическая очистка сточных вод

Механическая очистка сточных вод применяется для выделения из сточных вод нерастворимых минеральных и органических примесей. Стандартная схема очистки на современных очистных сооружениях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливапия, отстаивания и фильтрования. Кроме того, очистка от механических примесей может проводиться в центрифугах и гидроциклонах.

Процеживание — первичная стадия обработки стоков. Выделяются крупные частицы, размером до 25 мм, и более легкие волокнистые загрязнения, которые при дальнейшей очистке стоков могут препятствовать нормальной работе очистного оборудования. Процеживание осуществляется пропусканием сточных вод через решетки и волокноуловители.

Решетки представляют собой металлические стержни с зазором между ними до 16 мм, которые устанавливают в коллекторах сточных вод вертикально или под углом 30—60° к горизонту (рис. 5.2). Очистка решеток от задержанных ими загрязнений производится с помощью механизмов.

Механизированную очистку решеток от отбросов и транспортирование их к дробилкам предусматривают при количестве отбросов 0,1 м 3 /сут и более. При меньшем количестве отбросов устанавливают решетки с ручной очисткой. Отбросы с решеток собирают в контейнеры с герметически закрывающимися крышками и вывозят в места обработки твердых бытовых и промышленных отходов. Дробленые отбросы направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений.

Рис. 5.2. Схема решетки

Волокпоуловители представляют собой перфорированный диск или наклонную сетку, по поверхности которой распределяются сточные воды. Задержанные примеси удаляются с поверхности диска скребковым механизмом. Волокноуловители чаще всего применяются для удаления волокнистых веществ из сточных вод целлюлозно-бумажных и текстильных предприятий.

Читайте также:  Кровать-чердак: описание с фото, отзывы, плюсы и минусы

Отстаивание — метод очистки от механических примесей с помощью силы тяжести. Отстаивание может осуществляться в песколовках, отстойниках, жиро-, нефте-, смоло- и маслоуловителях.

Песколовки используют обычно для отделения от сточных вод минеральных частиц размером более 200 мкм при производительности очистных сооружений более 100 м 3 /сут.

Обычно песколовки устанавливают для предварительного сбора частиц песка, гравия, угля, шлака, бетона и т.д. перед отстойниками. Это связано с тем, что песок может накапливаться в осадке отстойников и затруднять выгрузку сырого осадка, повышая затраты электроэнергии при его транспортировке по трубопроводам. Накапливаясь в трубопроводах, песок засоряет и забивает их, что осложняет эксплуатацию очистных сооружений.

Принцип работы песколовки основан на использовании гравитационных сил, т.е. минеральные частицы, удельная масса которых больше удельной массы воды, выпадают на дно. Песколовки чаще всего классифицируют по направлению движения воды.

Различают горизонтальные (с горизонтальным прямоточным (рис. 5.3) и круговым движением воды (рис. 5.4)), вертикальные (вода подается снизу вверх) и песколовки с водоворотиым движением воды (тангенциальные и аэрируемые). Тип песколовки выбирают с учетом производительности очистных сооружений, схемы очистки сточных вод и обработки их осадков, характеристики взвешенных веществ, компоновочных решений и т.п.

Рис. 5.3. Схема горизонтальной песколовки:

  • 1 — входной патрубок; 2 — корпус песколовки; 3 — шламосборник;
  • 4 выходной патрубок; L – длина песколовки; Я – рабочая глубина песколовки

Рис. 5.4. Схема песколовки с круговым движением воды:

1 — подача сточной воды; 2 — удаление шлама; 3 — отвод очищенной воды

Отстойники — устройства, предназначенные для удаления грубодисперсных примесей из сточных вод под действием силы тяжести при пониженной скорости потока. В процессе очистки примеси оседают на дно отстойника либо всплывают на его поверхность.

По направлению движения потока воды отстойники подразделяют на горизонтальные (рис. 5.5), вертикальные (вода движется снизу вверх) (рис. 5.6), радиальные (вода движется от центра к границам отстойника) (рис. 5.7) и комбинированные.

Рис. 5.5. Схема горизонтального отстойника:

  • 1 отстойный лоток; 2 — отстойная камера; 3 — выходной лоток;
  • 4 шламосборник

Рис. 5.6. Схема вертикального отстойника

Рис. 5.7. Схема радиального отстойника:

а — радиальный отстойник с центральным вводом воды; б — радиальный отстойник с периферийным вводом воды

В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме они подразделяются на первичные (перед сооружениями для биологической очистки сточных вод) и вторичные (для осветления сточных вод, прошедших биологическую очистку).

Вертикальные отстойники применяются в основном при очистке сточных вод, содержащих частицы больших размеров и с высоким удельным весом. Расчетную скорость потока принимают исходя из наименьшей скорости осаждения частиц, на задержание которых рассчитывается отстойник. Ее величина не должна превышать 0,5—0,75 скорости осаждения частиц. При заданном расходе воды геометрические размеры отстойника выбираются так, чтобы скорость движения воды в кольцевой зоне не превышала скорости осаждения твердых частиц.

Для повышения эффективности очистки в отстойниках при очистке производственных сточных вод широко используют добавление химических реагентов-коагулянтов, а для очистки бытовых сточных вод — био- коагуляцию и флокуляцию.

При очистке от механических примесей с помощью центробежных сил для отделения механических примесей в поле действия центробежных сил используют открытые или напорные гидроциклоны (рис. 5.8), многоярусные гидроциклоны или центрифуги.

Принцип работы гидроциклона заключается в следующем. При подаче потока жидкости в гидроциклон возникают центробежные силы, под воздействием которых выделяются частицы заданного размера и плотности. Эти частицы отводятся вниз, в коническую часть гидроциклона, из которой поступают в бункер. Скорость осаждения частиц при этом на несколько порядков выше, чем при гравитационном осаждении.

Рис. 5.8. Схема напорного гидроциклона

Открытые гидроциклоны применяют для выделения всплывающих и оседающих грубодисперсных примесей главным образом минерального происхождения. Гидроциклопы используют в процессах осветления сточных вод, сгущения осадков, обогащения известкового молока, отмывки песка от органических веществ, в том числе нефтепродуктов.

Основной частью центрифуги является барабан (ротор), который вращается с высокой скоростью вокруг своей оси и создает поле центробежных сил. Под действием этих сил более плотные твердые вещества прижимаются к стенке вращающегося ротора, а менее плотная жидкая фаза образует внутренний слой. Образуемый твердой фазой осадок непрерывно удаляется из цилиндрического барабана отдельным вращающимся механизмом (шнеком) и перемещается по конической части к окнам выгрузки осадка. Очищенная жидкая фаза переливается через перегородки в противоположном конце барабана.

Осадительные центрифуги непрерывного или периодического действия применяют для выделения из сточных вод мелкодисперсных взвешенных веществ, когда для их выделения не могут быть применены реагенты, а также при необходимости извлечения из осадка ценных продуктов и их утилизации. Обычно для очистки сточных вод применяют непрерывно действующие осадительные шнековые центрифуги (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Схема прямоточной осадительной центрифуги:

1 — подача осадка; 2 — подача флокулянта; 3 — вход осадка из приемной полости шнека в ротор; 4 — ротор; 5 — шнек; 6 — переливные трубы в шнеке для отвода фильтрата; 7 — отверстие для слива фильтрата; 8 — бункер для приема фильтрата; 9 — окно для выгрузки шлама; 10 — бункер для приема шлама; 11 кожух

Гидроциклоны выгодно отличаются от центрифуг отсутствием движущихся узлов и невысокой стоимостью, но скорость осаждения и степень очистки в них ниже, чем в центрифугах.

Фильтрование предназначено для очистки от тонкодисперсных механических загрязнений с небольшой концентрацией. В зависимости от фильтрующего материала различают фильтры:

  • зернистые (кварцевый песок, дробленый антрацит, керамзит, гравий, гранитный щебень, полимеры и др.);
  • сетчатые (сетка размером ячеек порядка 40 мкм);
  • тканевые (хлопчатобумажные, льняные, суконные, капроновые ткани и др.);
  • намывные (древесная мука, асбестовая крошка и другие материалы, намываемые в виде тонкого слоя на каркас из пористой керамики, металлической сетки или синтетической ткани).

Выбор типа сооружений производят с учетом качества исходных сточных вод, требований к степени их очистки, наличия фильтрующих материалов. Чаще всего для очистки хозяйственно-питьевой и технической воды применяют зернистые тканевые фильтры, для очистки от низкодисперсных взвешенных частиц — сетчатые фильтры, для очистки маломутных вод на станциях небольшой производительностью (для поселков, детских лагерей, плавательных бассейнов и т.д.) — намывные.

Для очистки сточных вод применяют двухслойные (рис. 5.10) или каркасно-насыпные фильтры.

Рис. 5.10. Схема двухслойного фильтра

По скорости очистки различают фильтры:

  • медленные (0,2—0,5 м/ч): фильтрование через пленку (осадок) загрязняющих веществ, образующуюся на поверхности зернистого слоя. Такие фильтры дают высокую степень очистки, но громоздки, их производительность невысока, к тому же очистка фильтрующего материала в таких фильтрах сложна;
  • скоростные (2—15 м/ч): фильтрование происходит через пленку в толще слоя, образованную за счет прилипания к зернам фильтрующего материала. Такие фильтры могут быть однослойными (слой из одного материала) и многослойными (несколько слоев из зерен разного материала). Промывка зерен очищенной водой;
  • сверхскоростные (более 25 м/ч).

Песколовки используют обычно для отделения от сточных вод минеральных частиц размером более 200 мкм при производительности очистных сооружений более 100 м 3 /сут.

Методы

Рассмотрим следующие основные методы очистки сточных вод:

  • Механический. Он предусматривает отстаивание, процеживание, фильтрацию, переработку с использованием центробежных сил. В результате механической обработки происходит удаление взвешенных частиц. То есть песка, глины, волокон – минеральных и органических включений.
  • Физико-химический. В этом случае проводится обработка ультрафиолетом, озонирование. Подобный метод используется только в промышленных масштабах.
  • Химический. Стоки смешиваются с химическими нейтрализаторами. То есть в воду добавляются реактивы, которые после вступления в контакт со стоками полностью или частично нейтрализуют вредные примеси. Подобная очистка бытовых сточных вод опасна для почвы, если их сбрасывать напрямую.
  • Биологический. В стоки запускаются бактерии, которые «поедают» нечистоты, выделяя воду и углекислый газ. Сами же бактерии могут быть аэробными – то есть функционировать только при наличии кислорода и анаэробными – развиваются без подачи кислорода.

Важно! Биологический метод позволяет получить достаточно чистые стоки (до 99%), он не опасен для окружающей среды. Но для жизни бактерий нужно соблюдать температурный режим и исключить (или предварительно нейтрализовать) агрессивные химические соединения.

  • Механический. Он предусматривает отстаивание, процеживание, фильтрацию, переработку с использованием центробежных сил. В результате механической обработки происходит удаление взвешенных частиц. То есть песка, глины, волокон – минеральных и органических включений.
  • Физико-химический. В этом случае проводится обработка ультрафиолетом, озонирование. Подобный метод используется только в промышленных масштабах.
  • Химический. Стоки смешиваются с химическими нейтрализаторами. То есть в воду добавляются реактивы, которые после вступления в контакт со стоками полностью или частично нейтрализуют вредные примеси. Подобная очистка бытовых сточных вод опасна для почвы, если их сбрасывать напрямую.
  • Биологический. В стоки запускаются бактерии, которые «поедают» нечистоты, выделяя воду и углекислый газ. Сами же бактерии могут быть аэробными – то есть функционировать только при наличии кислорода и анаэробными – развиваются без подачи кислорода.
Добавить комментарий