|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Процессы очистки производственных водСтр 1 из 15Следующая ⇒
Процессы очистки производственных вод Учебное пособие Москва 2011г. УДК 504.3.054 (075) ББК 65.9(2)248
Рецензенты:
Букейханов Н.Р., Гвоздкова С.И., Чмырь И.М.
Процессы очистки производственных вод: учебное пособие / Н.Р. Букейханов, С.И. Гвоздкова, И.М. Чмырь. – М.: ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2011. – 88с.
В учебном пособии изложены теоретические основы основных экозащитных процессов. Проанализированы аппараты очистки производственных вод. Приведены методики расчета аппаратов очистки производственных вод. Представлены по каждой теме вопросы для самоконтроля. Учебное пособие составлено в соответствии с рабочей программой дисциплины «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» и предназначено для студентов высших учебных заведений, изучающих дисциплину «Процессы и аппараты защиты окружающей среды».
УДК 504.3.054 (075) ББК 65.9(2)248
© Н.Р. Букейханов, С.И. Гвоздкова, И.М. Чмырь., 2011 © Оформление. ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2011 Оглавление Предисловие………………………………………………………………………………………… Введение…………………………………………………………………………………………… Тема 1. Характеристики систем оборотного водоснабжения………………………………… Тема 2. Механические методы очистки сточных вод………………………………………… 2.1. Процеживание и отстаивание………………………………………………………… 2.2. Методика расчета прямоточного трубчатого отстойника…………………………. 2.3. Очистка под действием центробежных сил……………………………………….. 2.4. Фильтрование………………………………………………………………………….. Тема 3. Физико-химические методы очистки сточных вод…………………………………. 3.1. Коагуляция………………………………………………………………………….. 3.2.Методика расчета электрокоагулятора……………………………………… 3.3. Флотация………………………………………………………………………… 3.4. Ионный обмен…………………………………………………………………….. 3.5. Экстракция……………………………………………………………………… 3.6. Адсорбция……………………………………………………………………….. 3.6. Электрохимический метод…………………………………………………… Тема 4. Химические методы очистки сточных вод……………………………………….. 4.1.Нейтрализация. Окисление. Восстановление……………………………… 4.2. Реагентные методы очистки. Тема 5. Биологические методы очистки сточных вод……………………………………. 5.1. Очистка в естественных условиях………………………………………………. 5.2. Аэробный метод……………………………………………………………….. 5.3. Анаэробный метод. Расчет метатенков…………………………………………… 5.4. Обработка осадков………………………………………………………….. Тема 6. Термические методы очистки сточных вод…………………………………… 6.1. Термоокислительный метод 6.2. Жидкофазное окисление органических веществ, содержащихся в сточных водах.. Тема 7. Системы оборотного водоснабжения автотранспортных предприятий…………… Тема 8. Автоматизация установок очистки сточных вод…………………………………… Тема 9. Опреснители морской воды……………………………………………………… Приложения Вопросы для самоконтроля Литература ПРЕДИСЛОВИЕ В основе методики преподавания дисциплины «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» находятся требования государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 280200.65 (656600) «Защита окружающей среды» по специальности: 280202.65 (330200) «Инженерная защита окружающей среды». Стандарт включает требование освещения «Основ конструирования и проектирования экозащитных процессов и устройств». Актуальность экологических проблем обусловила введение УМУ ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» в программу подготовки инженеров – экологов дисциплину «Проектирование экозащитных процессов». Это обстоятельство нами использовано для увеличения объема материалов по определенному нами в качестве приоритетного направления в методике преподавания дисциплины «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» (далее ПАЗОС) – развитие у студентов творческого подхода к решению природоохранных задач. Цели курса заключаются в подготовке специалистов, способных решать актуальные задачи защиты окружающей среды путем использования известных методов и создания инновационных процессов и аппаратов, обеспечивающих малоотходность и обезвреживание вредных выбросов предприятий промышленности и коммунального хозяйства. В соответствии с поставленной целью преподавания дисциплины сформулированы основные задачи. Начальным этапом изучения студентом дисциплины является усвоение основ теории основных экозащитных процессов, а также устройства аппаратов, применяемых для защиты окружающей среды. Второй этап изучения основан на освоении процесса оптимального выбора соответствующего экозащитного процесса и аппарата, необходимого для решения конкретной практической задачи с оценкой эффективности их использования. Третий этап изучения предполагает изучение методов расчета параметров экозащитных процессов и аппаратов, а также получение навыков их конструирования. Четвертый этап изучения включает в себя усвоение принципов разработки экозащитных систем, предназначенных для решения конкретных природоохранных задач на основе использования типовых процессов и аппаратов. Завершающим этапом является усвоение принципов оптимизации т оценки надежности разрабатываемых экозащитных систем. Изучение дисциплины осуществляется по 5 основным разделам, включающим в себя:1). Процессы и аппараты, используемые для защиты атмосферы, 2). Процессы и аппараты, используемые для защиты водной среды, 3). Процессы и аппараты, используемые для переработки и утилизации твердых отходов, 4). Методы и средства снижения энергетического воздействия на окружающую среду, 5). Основы конструирования экозащитных процессов т аппаратов. В рабочую программу по курсу «ПАЗОС» нами включены следующие вопросы Госстандарта: «Классификация основных процессов и аппаратов. Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов. Основные подходы к разработке экозащитных схем, их моделирование, масштабирование и оптимизация. Стехиометрические, термохимические, термодинамические и кинетические расчеты, используемые при разработке экозащитных процессов и аппаратов. Расчет процессов и аппаратов, основанных на механических и физических свойствах компонентов очищаемых сред. При этом Госстандарт рекомендует использовать следующие концепции и методы решения инженерных задач: «Концепции малоотходности, эффективного улавливания отходов. Выбор единичных элементов процессов и принципы конструирования на основе данных элементов. Технологические принципы, лежащие в основе конструирования и проектирования – наилучшего использования разности потенциалов; наилучшего использования материалов; наилучшего использования энергии; наилучшего использования оборудования, принцип технологической соразмерности, подавления интенсивности действия опасных и вредных факторов в источнике, захоронение твердых и жидких отходов и т.п.» Нами предложено следующее расширение номенклатуры концепций и методов создания природоохранных процессов и оборудования, базирующихся как на материалах смежных курсов подготовки инженеров-экологов, так и на собственных разработках: «Концепция комбинирования основного процесса с процессами по переработке его отходов; концепция снижения эффективности действия вредных факторов путем защиты расстоянием (или изоляцией, экранированием и временем для минимизации воздействия радиации, электромагнитных излучений, вибрации, шума). Принцип замены технологий. Использование полифункциональности свойств материалов для их эффективного комбинирования в устройствах по защите окружающей среды. Модульный принцип. Атрибутивные способы – мониторинг качества окружающей среды как источник постановки задач и показатель эффективности предложенных природоохранных методов, обеспечение герметичности, дизайн и окрашивание (покрытий) изделий машиностроения и природоохранной техники с целью защиты от эрозии и создания привлекательного товарного имиджа. Системные методы оценки экозащитных процессов, их оптимизация, определение надежности и способов ее повышения». Приведенное выше содержание рабочей программы нами реализовано при проведении лекционного курса, практических и лабораторных занятий и руководстве курсовыми проектами студентов. Ограниченное число лекционного курса определяет концептуальность изложения материалов. Поэтому часть материалов рекомендована студентам для самостоятельной работы. Стимулом является прогрессивная система модулей и бальной оценки знаний, действующая в МГТУ «Станкин». В первой лекции курса (всего 32 лекции) показана необходимость системного подхода к созданию природоохранной аппаратуры и процессов, который включает необходимость рассмотрения следующих компонентов системы: экономической эффективности, атрибутивных (обязательных), общих и специальных способов. Для самостоятельной работы студентам предложено ознакомиться с методиками творческого мышления – очень тонким и сложным инструментом, требующим как отработки механизма генерирования идей, так и настройки общей готовности к эффективной работе. Выработка механизма «настройки» - вопрос самоорганизации самого творческого сотрудника. Часто сама настройка на «творческую частоту» порождает яркие идеи. В любом месте, где бы мы ни находились, - идеи всегда окружают нас. Нужно только суметь их услышать, немедленно записать и неоднократно возвращаться к ней до получения результата. Рекомендованы следующие методики: 1). Мозговой штурм, 2). Метод фокальных объектов, 3). Метод аналогии, 4). Метод гирлянд и метафор, 5). Списки контрольных вопросов, 6). Морфологический анализ, 7). Функциональный анализ, 8). Метод многократного последовательного классифицирования, 9). Метод синтеза оптимальных форм, 10).методика разрушения стереотипа Ж.-М. Дрю, 11). Различные компьютерные системы поиска нестандартных решений, 12). Теории решения изобретательных задач (АРИЗ и ТРИЗ), 13). Функционально-физический метод поискового конструирования Р. Коллера. На наш взгляд интересен морфологический анализ Ф. Цвикки – построение таблиц, в которых перечисляют все элементы, составляющие объект, и указывают возможно большее число известных вариантов реализации этих элементов. Комбинируя варианты реализации элементов объекта, можно получить самые неожиданные новые решения. Метод морфологического анализа включает следующие шаги: 1). Выбирают объект для совершенствования и составляют список основных характеристик или частей объекта, 2). Для каждой характеристики ил части перечисляют возможные варианты исполнения и представления, 3). Выбирают наиболее интересные комбинации возможных представлений (исполнений) всех частей объекта. Основной идеей морфологического анализа является упорядочение процесса рассмотрения различных вариантов решения самого объекта ил его коммуникаций. Расчет строится на том, что в поле зрения могут попасть варианты, которые ранее не рассматривались. Не менее интересен метод Ж.-М. Дрю поиска эффективного разрыва (изменения) известного решения проблемы на основе системы вопросов «что, если…» (техника The What - if Proccess). Сегодня разработано около 60 вопросов-помощников. В последующих лекционных, практических и лабораторных занятиях на конкретных примерах нами обращалось внимание студентов на применение тех ил иных инструментов творческих решений. Так, в 25-й лекции, посвященной методам средства снижения энергетического воздействия на окружающую среду показан пример возможности использования полифункциональности средств защиты для обеспечения снижения уровня шума на предприятии от внешних источников и наоборот – природной среды от производственного шума. Предложено: 1). Установить в окнах современные стеклопакеты, которые обеспечивают как хороший уровень освещенности за счет естественного дневного света, так и эффективную шумоизоляцию и теплоизоляцию. Для устранения негативного полифункционального свойства стеклопакетов на основе поливинилхлорида – рекомендовано изготавливать оконные переплеты из стекловолокнистого материала (фаберглазкомпозита), безопасного при переработке в качестве вторичного сырья, 2). Степень звукоизоляции предложено дополнительно увеличить ламинированием стеклопакета изнутри полиэтилентерефталатной пленкой при незначительном снижении его прозрачности. Одновременно достигают заметное возрастание другого позитивного свойства – повышение ударопрочности стекол. Соответственно снижается опасность воздействия ураганного ветра или взрывной волны при техногенной аварии. Исключение возможности образования осколков стекла повышает безопасность персонала в чрезвычайных ситуациях. Цель проведения практических занятий по дисциплине – практическое освоение теоретических основ экозащитных процессов, методик расчета аппаратов, конструирования, необходимое для решения конкретной практической задачи. Практические занятия состоят из теоретической и практической частей. Анализ основных задач, подлежащих усвоению на практическом занятии, осуществляют посредством предварительной теоретической подготовки студентов по заранее предложенным вопросам по изучаемой теме и последующем коллективном их обсуждении на занятии. Следующий этап проведения практического занятия – применение полученных знаний для решения предложенной задачи по разработке комплексной схемы системы аппаратов для экозащитного процесса. Задание выполняют студенты по подгруппам из 4-5 человек. Затем каждая из групп выполняет сообщение о проделанной работе, которое по окончании анализируют посредством ответов на предложенные студентами других подгрупп и преподавателем поясняющие вопросы. Основные задачи изучения раздела дисциплины «Процессы и аппараты, используемые для защиты водной среды» включают в себя практическое освоение теоретических основ очистки промышленных сточных вод от механических примесей (механические методы); тонкодисперсных взвешенных частиц (физико-химические методы); минеральных и органических веществ (химические методы); растворимых веществ, органических и неорганических веществ (биологические методы). На практических занятиях изучают методики расчета аппаратов очистки промышленных сточных вод. Контроль знаний у студентов на практических занятиях осуществляется в форме устного ответа на вопросы, контрольных работ, а также в форме теста. Контрольные работы включают в себя задания для нескольких вариантов по трем уровням сложности: Уровень А – задания низшего уровня сложности, правильное выполнение которых соответствует оценке «удовлетворительно», Уровень В – задания среднего уровня сложности, правильное выполнение которых соответствует оценке «хорошо», Уровень С – задания наивысшего уровня сложности, правильное выполнение которых соответствует оценке «отлично». Для проведения лабораторных работ на кафедре «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» используют химическую лабораторию, лабораторию мониторинга, оснащенную современными приборами для аналитического определения уровней шума, вибрации, электромагнитного излучения, а также компьютерный класс с виртуальными лабораторными работами по дисциплине. По разделу дисциплине «Процессы и аппараты, используемые для защиты водной среды» на кафедре «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» разработаны лабораторные работы: «Анализ механических методов очистки промышленных сточных вод. Расчет трубчатого отстойника», «Физико-химические методы очистки промышленных сточных вод. Расчет электрокоагулятора», «Биологические методы очистки промышленных сточных вод. Расчет метатенков». Контроль знаний у студентов на лабораторных занятиях осуществляется проведением тестирования, устного ответа на вопросы на базе выполненного отчета о лабораторной работе.
ВВЕДЕНИЕ
Вода представляет ценный и наиболее распространенный ресурс. На земном шаре общие запасы воды достигают 1,5 млн км 3. Около 2% этого объема составляет пресная вода, а количество доступной для использования воды не превышает 0,003%. Доступные ресурсы пресной воды (реки, озера, искусственные водохранилища) распределены весьма неравномерно. Поэтому уже в настоящее время до 60% площади материков планеты испытывает дефицит пресной воды. Недостаток воды ощущается в 43 странах мира. В результате развития промышленности в ближайшие годы следует ожидать образования 6000 км3 сточных вод, для разбавления которых (с учетом повышения качества очистки примерно в 2 раза) потребуется израсходовать весь мировой речной сток. Согласно прогнозам гидрологов в ближайшее десятилетие в северном полушарии будет происходить уменьшение стока рек и влажности почвы. В свою очередь это потребует увеличения норм полива сельскохозяйственных угодий. Наиболее радикальным способом ликвидации дефицита пресной воды является опреснение соленых и солоноватых вод. Недостаток пресной воды может быть ликвидирован и подачей ее по трубопроводам или каналам из районов, в которых она имеется в избытке. Однако при значительном удалении пресноводных источников опреснение соленой воды на месте стоит дешевле пресной воды поступающей по водоводам. Сокращение водопотребления и снижение сброса сточных вод после очистки в водные объекты это основная задача охраны водных источников от загрязнений Оборотное водоснабжение предприятий - приоритетное направление в области создания малоотходных и безотходных технологий. Примером современного подхода к организации совмещения образования с теоретическими и прикладными исследованиями в области проблем снабжения водой предприятий и населения создание и реализация Российским химико-технологическим университетом им. Д.И.Менделеева. на базе своего технопарка "Транснационального экологического проекта", ряда комплексных решений инженерных задач в сфере очистки сточных вод. Среди комплексных технологий группы компаний "Транснациональный экологический проект" важное место занимают системы оборотного водоснабжения промышленных предприятий и предприятий ЖКХ. Очистные сооружения укомплектованы высококачественным оборудованием, в числе которого мембранные установки, электрофлотаторы, мембранные флотаторы, ионообменные и сорбционные фильтры, вакуумные выпарные установки, системы оборотного водоснабжения на базе наилучших доступных технологий. В настоящее время основной частью работ является модернизация существующих очистных сооружений. Это связано с тем, что большинство очистных сооружений устарело и не обеспечивает очистки сточных вод до современных требований к воде для оборотного водоснабжения и/или по предельно допустимым концентрациям ПДК загрязняющих веществ. Для надлежащей очистки стоков необходимо внедрение новых технологических процессов и оборудования, которые обеспечат высокую степень очистки при низких эксплуатационных затратах. После модернизации до 90-95% очищенной воды используют в системах оборотного водоснабжения. Целью настоящего учебного пособия является развитие креативных подходов будущих специалистов к решению проблем ресурсосбережения на примере обезвреживания сточных вод и обеспечения предприятий водой с использованием систем оборотного водоснабжения. Задачи: Определение источников загрязнения сточных вод, Анализ источников обеспечения систем оборотного водоснабжения чистой водой из внешнего источника. Разработать систем упражнений и задач по основным темам проблем оборотного водоснабжения.
Тема 1. Рис 1.2 . Схема использования воды на нефтеперерабатывающем Таблица 1.1. Методы минимизации негативных факторов, снижающих ТЕМА №2. Процеживание и отстаивание.
Процеживание представляет собой первичную стадию очистки сточных вод и основано на выделении из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки препятствуют нормальной работе очистного оборудования. Применяемые при осуществлении процесса процеживания решетки подразделяют на вертикальные и наклонные, а также на подвижные и неподвижные. Решетки устанавливают в расширенных каналах, называемых камерами. Размер решеток определяют из условия обеспечения оптимальной скорости 0,8-1,0 м/с при максимальном расходе сточных вод, при движении сточной воды самотеком. При эксплуатации решетки должны непрерывно очищаться механически, однако также при задержании примесей в количествах менее 0,0042 м3/ч используют ручную очистку (рис.2.2). Однако решетки очищают от задерживаемых примесей и механически с помощью вертикальных и поворотных граблей (рис. 2.3). Для съема загрязняющих частиц решетки устанавливают под углом Отстаивание представляет собой процесс осаждения твердых частиц в жидкости. Процесс основан на свободном осаждении неслипающихся частиц, которые сохранили свои формы и размеры, а также и на осаждении частиц, склонных к коагулированию и изменяющих при этом свою форму и размеры. Процесс отстаивания осуществляют в песколовках, отстойниках и осветлителях.
Рис. 2.2. Схема решетки
Рис. 2.3. Схема решетки: 1 - решетка; 2 - цепь; 3 - грабли; 4 - конвейер
По направлению движения воды песколовки подразделяют на: -горизонтальные; -вертикальные; -с вращательным движением жидкости (тангенциальные и аэрируемые). Песколовки применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязняющих веществ размером 0,2…0,25мм из сточных вод. На рис. 2.4 представлена схема горизонтальной песколовки.
Рис.2.4. Схема горизонтальной песколовки: 1 - цепной скребковый механизм; 2- гидроэлеватор; 3 - бункер
Для разделения твердых частиц по фракционному составу или по плотности используют аэрируемые песколовки (рис.2.5). Рассмотрим отстойники. Данные аппараты применяют для выделения из сточных вод твердых частиц размером менее 0,25мм. По направлению движения сточной воды отстойники подразделяют на: -горизонтальные; -вертикальные; -радиальные; -комбинированные.
Рис. 2.5. Схема аэрируемой песколовки: 1 – входная труба, 2 – воздуховод, 3 – воздухораспределитель, 4 – выходная труба, 5 – шламосборник, 6 – отверстие для удаления шлама
На рис.2.6 представлена схема вертикального отстойника.
Рис. 2.6. Схема вертикального отстойника: 1 – трубопровод, 2 – цилиндрическая перегородка, 3 – кольцевой водосборник, 4 – трубопровод для отвода осадка, 5 –входной трубопровод, 6 – корпус отстойника, 7 - отражательное кольцо, 8 – шламосборник
Для очистки промышленных сточных вод используют и радиальные отстойники, которые обладают высокой производительностью (рис.2.7). В данных аппаратах подаваемая сточная вода поступает по входному патрубку, который имеет на выходе расширяющееся сечение, и далее движется в радиальном направлении. Данная форма патрубка при известном расходе сточной воды способствует уменьшению скорости течения из трубопровода и увеличению вероятности осаждения твердых частиц в отстойнике.
Рис. 2.7. Схема радиального отстойника: 1 – входной патрубок, 2 – отводящий трубопровод, 3 – канал отвода осадка,4 – шламосборник, 5 – вращающийся скребок
На рис.2.8 представлены схемы отстойников горизонтального, вертикального, трубчатого и с наклонными пластинами.
Рис.2.8. Схемы отстойников: а – горизонтальный (1 – входной лоток, 2 – отстойная камера, 3 – выходной лоток, 4 - приямок); б – вертикальный (1 – цилиндрическая труба, 2 – центральная труба, 3 – желоб, 4 – коническая часть); в – трубчатый; г – с наклонными пластинами (1 – корпус, 2 – пластины, 3 - шламоприемник)
Рис. 2.12. Схема гидроциклона с внутренней перегородкой.
где q – средняя гидравлическая нагрузка гидроциклона, К – коэффициент, определяемый по соотношению:
где Значения коэффициента А и показателя n зависят от конструкции гидроциклона. Ориентировочно можно принять: · для гидроциклона без внутренней перегродки А «1,5», n «0,25»; · для гидроциклона с внутренней перегородкой А «2,5…2,8», n «0,3». Расчет эффективности улавливания взвеси в гидроциклоне проводится с учетом дисперсного состава взвешенных частиц. При этом, для удобства расчетов, целесообразно разбить функцию распределения частиц не узкие фракции и проводить расчеты для каждой из фракций по средним параметрам. Дисперсный состав взвешенных частиц характеризуется функцией распределения, которая определяется экспериментально. Но основании полученной функцией распределения по размерам частиц строится функция распределения по скоростям осаждения частиц. При этом скорости осаждения рассчитываются по формулам (Стокса или Риттингера) с учетом реальной формы частиц. Эффективность улавливания по фракциям для гидроциклона может быть оценена с помощью функции нормального логарифмического распределения, выражаемого выражением:
Параметр x, характеризующий верхний предел интегрирования, определяется по формуле:
где u – скорость осаждения частиц рассматриваемой фракции в воде, м/c;
· для гидроциклонов без внутренней перегородки · для гидроциклонов с внутренней перегородкой
Для нормального логарифмического распределения величина
где значения Содержание i-й фракции после гидроциклона:
где Общая эффективность улавливания гидроциклона:
На рис. 2.13 приведены расчетные значения фракционной эффективности улавливания для частиц различного диаметра в открытых гидроциклонах с внутренней перегородкой и без внутренней перегородки. Расчеты проводились при условиях: расход очищаемой воды 10м/ч; внешний диаметр гидроциклона 1,6м; скорость входа воды в гидроциклон 2м/c; температура воды 20С; плотность твердых частиц 1700кг/м3; коэффициент формы частиц 0,8.
Рис. 2.13. Значения фракционной эффективности улавливания для частиц различного диаметра в гидроциклоне: 1 – без внутренней перегородки, 2 – с внутренней перегородкой.
На рис. 2.14 представлена схема напорного гидроциклона.
Рис.2.14. Схема напорного гидроциклона: 1 – входной патрубок для подачи сточной воды; 2 – патрубок для отвода сточных вод; 3 - шламовый патрубок
Фильтрование.
Фильтрование сточных вод осуществляют с целью очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей с небольшой концентрацией. Кроме того фильтрование применяется после физико-химической и биологической очистки, так как данные методы сопровождаются выделением в очищаемую воду механических загрязнителей. Рассмотрим используемые виды фильтров: -зернистые фильтры, представляющие собой насадки несвязанных пористых материалов; -микрофильтры, фильтроэлементы которых выполнены из связанных пористых материалов. Зернистые фильтры подразделяют по направлению потока: с нисходящим и восходящим потоком, с горизонтальным потоком. На рис. 2.15 представлена схема зернистых фильтров.
а).
б). Рис. 2.15. Схемы зернистых фильтров: а) Зернистый фильтр с нисходящим потоком (1 - подвод воды; 2 - отвод промывной воды; 3 - отвод фильтрата; 4 - подача промывной воды; 5 - распределительный карман; 6 - желоб для подачи исходной воды; 7 - песчаная загрузка; 8 - поддерживающий слой); б) Зернистый фильтр с восходящим потоком (1 - подвод воды; 2 - подвод промывной воды; 3 - отвод фильтрата; 4 - отвод промывной воды; 5 - подача воздуха; 6 - пескоулавливающий желоб; 7 - струенаправляющий выступ; 8 - загрузка; 9 - поддерживающий слой) ТЕМА № 3 Флотация Рассмотрим процесс флотации, которую применяют для очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. Процесс флотации основан на образовании в толще воды газовых пузырьков, прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фаз, всплывании этих комплексов на поверхность сточной воды и удалении образовавшегося пенного слоя. Существуют следующие методы флотации: 1.перенасыщение сточной воды воздухом(вакуумная или напорная); 2.механическая; 3.электрофлотация. При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживают разрежение 30…40 кПа. Выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 минут. Напорная флотация протекает в 2 стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давления до атмосферного. Время пребывания сточной воды в напорной емкости составляет 15 минут, во флотационной камере – 10…20 минут. Объем подаваемого воздуха составляет 1,5…5% от объема очищаемой сточной воды. В ряде случаев сточную воду насыщают кислородом или озоном. Всплывающую массу непрерывно удаляют механизмом для сгребания пены в пеносборник. Для механической флотации используют импеллеры (турбины насосного типа) и форсунки. Рассмотрим принцип работы установки напорной флотационной очистки сточной воды с рециркуляцией (рис.3.3). Вода, смешанная с коагулянтом с смесителе 1, поступает в камеру хлопьеобразования 2 с лопастной мешалкой, где образуются крупные хлопья коагулянта, сорбирующие коллоидные взвеси. Из камеры 2 коагулированная вода перетекает по трубе 3 в центральную камеру 4. В трубу 3 врезан трубопровод, по которому вводят перенасыщенную воздухом воду. Тонкий слой пены собирают скребком 6 в приемный бункер 5. Часть воды, очищенной во флотаторе, насосом 7 подают под давлением в смеситель 9, куда компрессором 8 вводят сжатый воздух, и затем в сатуратор 10. В сатураторе в течение 1-3 минут происходит насыщение воды воздухом. Насыщенная вода после снижения давления в дросселирующем устройстве 11 перенасыщается и поступает во флотатор.
Рис.3.3. Схема флотационной установки с рециркуляцией 1 - смеситель 1; 2 - камера хлопьеобразования с лопастной мешалкой;3 - труба, 4 - центральная камера; 5 - приемный бункер; 6 -скребок; 7 - флотатор; 8 -компрессор; 9 - насос;10 -сатуратор; 11 - дросселирующее устройство
Методы электрофлотации, позволяют очищенную сточную воду вернуть в производство и рекуперировать ценные компоненты. Разработаны электрофлотационные установки с растворимыми и нерастворимыми электродами. Метод обеспечивает очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов до ПДК, также очищает от жиров и масел. Очистка сточных вод от взвешенных частиц происходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды и использовании растворимых электродов. На аноде возникают пузырьки кислорода, на катоде – водорода. Пузырьки водорода и кислорода сталкиваются с взвешенными частицами, прилипают к ним и всплывают на поверхность жидкости. При электрофлотаци с нерастворимыми электродами (рис.3.4). процесс протекает под воздействием газов, выделяющихся при электролизе водных растворов на электрохимически нерастворимых анодах. Катод, как правило, изготавливают из сетки, а электродный блок располагают горизонтально на дне флотационной камеры, что является одним из конструкционных недостатков, так как это способствует засорению блока Эффективность процесса определяют число и размер пузырьков. Дисперсность пузырьков газа легко варьировать изменением плотности тока на электродах или диаметра и формы электрода, но для каждого технологического случая оптимальные параметры процесса определяют экспериментально. Один из вариантов: -Плотность тока при электрофлотации ─ в пределах 100…300 А/м2; -Насыщенность жидкости водородом достигает 0,10…0,13%; -Продолжительность процесса может быть от нескольких минут до 30…40 мин;
Рис. 3.4. Схема устройства электрофлотатора: 1 – входная камера; 2 – пеноотводный желоб; 3 – змеевиковый подогреватель пенной массы; 4 – выпускная камера; 5 – катод; 6 – анод; 7 – патрубок выпуска осадка и опорожнения
Расстояние между электродами составляет 5…20мм; -Расход электроэнергии около 1 кВт ч/м3; -Эффективность по нефтепродуктов достигает 90%. Эффективность процесса очистка сточных вод, загрязненных мелкодисперсными и коллоидными частицами повышают с помощью коагулянтов и флокулянтов путем подкисления очищаемых вод до изоэлектрической точки, электрохимического окисления (деструкции примесей) и других мероприятий. Введение коагулянтов можно осуществить путем использования растворимых анодов (алюминия или железа). При этом одновременно происходит и коагуляция частиц, и их флотация, образующимися на растворимых электродах пузырьками газов. На рис. 3.5 приведена схема электрофлотационной установки.
Рис.3.5. Схема установки для очистки сточных вод электрофлотационным методом (растворимые электроды): 1,2,3 – секции аппарата; 4 – пенный продукт; 5 – канал для очищенной воды; 6 – корпус;7-12 – электроды; 13 – канал для исходной сточной воды Достоинства метода: 1) Очистка до требований ПДК. 2) Незначительный расход реагентов. 3) Простота эксплуатации. 4) Малые площади, занимаемые оборудованием. 5) Возможность возврата ИТМ до 96%. 6) Возможность очистки от жиров, масел и взвешенных частиц. 7) Высокая сочетаемость с другими методами. 8) Отсутствие вторичного загрязнения. Недостатки метода: 1) Незначительное (до 30%) снижение общего солесодержания очищаемых стоков. 2) Аноды из дефицитного материала. 3) Необходимость разбавления концентрированных вод. 4) Большой расход электроэнергии, ее дороговизна.
3.4. Ионный обмен
Ионный обмен – метод очистки сточных вод, основанный на обмене ионами, находящимися на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод ценные примеси (соединения As, P, Cr,Zn,Pb,Cu,Hg) и радиоактивные вещества. При этом сточная вода, очищенная до ПДК вредных веществ, впоследствии может быть использована в технологических процессах или в системах оборотного водообеспечения. Иониты, способные поглощать из воды положительные ионы, называют катионитами, а отрицательные ионы – анионитами. Иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими, природного происхождения или полученные искусственно. Иониты могут обеспечить высокую поглотительную способность, механическую прочность, химическую устойчивость и большую гидрофильность. Применение ионитов способствует повышению эффективности очистки и выделению из сточных вод металлов в виде относительно чистых и концентрированных солей. Наибольшее практическое значение для очистки сточных вод приобрели синтетические ионообменные смолы – высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами. Пространственная углеводородная сетка называется матрицей, а обменивающиеся ионы – противоионами. Каждый противоион соединен с противоположно заряженными ионами, называемыми анкерными. Реакция ионного обмена протекает следующим образом: R при контакте с катионитом, где R – матрица, Н – противоион, SO3 – анкерный ион
при контакте с анионитом. Схема установки для очистки сточных вод представлена на рис. 3.6. Стоки из емкости 1 для усреднения состава и частичного отделения механических примесей направляются в усреднитель 8. Из аппарата 8 стоки насосом подаются в песчано – гравийный фильтр 2 для очистки от механических примесей. Скорость движения жидкости, отнесенная к поперечному сечению фильтра, 5-7 м/ч. Следующая ступень – очистка активированным углем в аппарате 3 от маслопродуктов, ПАВ, биологических примесей и т.д. Отфильтрованную воду направляют в катионообменник 4, заполненный смолой КУ-1. Линейная скорость движения жидкости в этом аппарате достигает 10-20 м/ч. По достижении на выходе концентрации сорбируемых ионов 0,02-0,03 мг.экв/л катионит подвергается регенерации. Освобожденная от катионов вода поступает в анионообменники 5 и 6, заполненные смолами АВ-17-8, АН-221 и др. При содержании сорбируемых анионов на выходе из аппарата 0,05-0,1 мг/л анионит регенерируют.
Рис. 3.6. Схема ионообменной установки для очистки цианистых сточных вод: 1 – емкость усреднения состава; 2 – гравийный фильтр; 3 – аппарат с активированным углем; 4 – катионообменник; 5,6 – анионообменники; 7 – сборник чистой воды для промывки колонн; 8 – усреднитель
Достоинства метода: 1) Возможность очистки до требований ПДК. 2) Возврат очищенной воды до 95% в оборот. 3) Возможность утилизации тяжелых металлов. 4) Возможность очистки в присутствии эффективных лигандов. Недостатки метода: 1) Необходимость предварительной очистки сточных вод от масел, ПАВ, растворителей, органики, взвешенных веществ. 2) Большой расход реагентов для регенерации ионитов и обработки смол. 3) Необходимость предварительного разделения промывных вод от концентратов. 4) Громоздкость оборудования, высокая стоимость смол 5) Образование вторичных отходов-элюатов, требующих допол-нительной переработки.
3.5. Экстракция
Экстракция – метод очистки сточных вод, основанный на разделении и извлечении из жидкости компонентов смеси. С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот и др. Целесообразность применения экстракции определяется концентрацией органических веществ и в ряде случаев является выгоднее адсорбции. Схема установки представлена на рис. 3.7.
Рис.3.7. Схема экстракционной установки
Очистка сточных вод методом экстракции состоит из трех основных этапов: 1.интенсивное перемешивание сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем), с образованием двух жидких фаз. Одна из них экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстрагент, а другая ─ рафинат (сточная вода + экстрагент); 2.разделение экстракта и рафината; 3.регенерация экстрагента из рафината и экстракта. Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов – бензол. Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод составляет 0,8…0,95.
3.6. Адсорбция Адсорбция – метод глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей, который применяют для биологически не разлагаемых веществ или сильно токсичных при небольшой их концентрации. Два вида адсорбционной очистки: 1. регенеративная, основанная на извлечении веществ из адсорбента и его утилизации, 2. деструктивная, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожают вместе с адсорбентом. Процесс адсорбции осуществляют при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием воды через слой адсорбента. Эффективность очистки составляет 0,8…0,95. Достоинства метода: 1) Очистка до ПДК. 2) Возможность совместного удаления различных по природе примесей. 3) Отсутствие вторичного загрязнения очищаемых вод. 4) Возможность рекуперации сорбированных веществ. 5) Возможность возврата очищенной воды после корректировки рН. Недостатки метода: 1) Дороговизна и дефицитность сорбентов. 2) Природные сорбенты применимы для ограниченного круга примесей и их концентраций. 3) Громоздкость оборудования. 4) Большой расход реагентов для регенерации сорбентов. 5) Образование вторичных отходов, требующих дополнительной очистки.
3.6. Электрохимический метод Электрохимический метод очистки сточных вод от различных растворимых примесей, основанный на процессах анодного окисления и катодного восстановления, а также электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления содержащиеся в сточных водах вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения…) полностью разлагаются и образуют нетоксичные вещества, которые впоследствии удаляют другими методами очистки сточных вод. Загрязняющие вещества разлагаются на СО2, NH3 и воду. При катодном восстановлении из сточных вод удаляются ионы тяжелых Ме, осаждающиеся на электродах. Электродиализ используют для удаления солей из сточных вод. Этот метод основан на избирательном переносе ионов через перегородки, изготовленные из ионитов (мембраны) под действием электрического тока. Обычно используют пакеты из чередующихся анионо- и катионообменных мембран. Ионообменные мембраны проницаемы только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и у подвижных ионов. Данный метод осуществляют в электролитической ванне, которая разделена на три отделения двумя диафрагмами. В крайних отделениях размещаются электроды. Метод эффективен для очистки сточных вод от растворенных солей и от ионов тяжелых Ме (Cr+6, Cu+2), а также и от радиоактивных загрязнителей. Схема установки электродиализа представлена на рис.3.8.
Рис.3.8. Схема электрохимически неактивных (а) и электрохимически активных (б) диафграгм для очистки сточных вод методом электродиализа: 1 – анод; 2 – катод; 3 – анодная диафрагма; 4 – катодная диафрагма; 5 – анионопроницаемая диафрагма; 6 – катионопроницаемая диафрагма
Достоинства метода: 1) Возможность очистки до требований ПДК. 2) Возврат до 60% очищенной воды в оборотный цикл. 3) Возможность утилизации ценных компонентов. 4) Отсутствие фазовых переходов при отделении примесей, что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии. 5) Возможность проведения при комнатных температурах без применения или с небольшими добавками химических реагентов. 6) Простота конструкций аппаратуры. Недостатки метода: 1) Необходимость предварительной очистки стоков от масел, ПАВ, органики, растворителей, солей жесткости, взвешенных веществ. 2) Значительный расход электроэнергии. 3) Дефицитность и дороговизна мембран. 4) Сложность эксплуатации. 5) Отсутствие селективности. 6) Чувствительность к изменению параметров очищаемых вод. ТЕМА № 4 ТЕМА № 5 ТЕМА№ 6 Рис. 5.6. Схема процессов обработки осадков биологических Методов очистки
Рис. 5.7. Схемы установок аэробной стабилизации активного ила: 1 – аэротенки, 2 – вторичные отстойники, 3 – илоуплотнители, 4 – стабилизаторы
Общие сведения: Термические методы применяют в случае необходимости очистки сточных вод, содержащих высокотоксичные или трудно разрушаемые органические компоненты, обезвреживание которых другими методами невозможно или экономически неоправданно. Термическое обезвреживание сточных вод включает в себя: термоокислительный метод и жидкофазное окисление.
6.1. Термоокислительный метод
Рассмотрим термоокислительный (огневой) метод, который применяют в случае небольших расходов сточных вод для уничтожения высококонцентрированных сточных вод, которые содержат минеральные и органические примеси. Сточную воду в распыленном состоянии вводят в высокотемпературные (900…10000С) продукты горения топлива. Здесь сточная вода испаряется, а органические компоненты сгорают и образуют продукты полного окисления – СО2, Н2О, NO2 (рис.6.1).
Рис. 6.1. Схема огневого метода очистки сточных вод: 1 – сборник исходных сточных вод, 2, 7 – насосы, 3 – печь, 4 – воздуходувка, 5 – скруббер, 6 – сборник воды, 8 – дымосос, 9 – дымовая труба
Минеральные примеси, образующие расплавленные или твердые частицы, поступают вместе с дымовыми газами в скруббер или выводятся из камеры сгорания. Недостатком данного метода является высокий расход топлива. Промышленные стоки, удельная теплота сгорания которых Q сг>8,4 M Дж/кг, сгорают как жидкое топливо. При Q сг<8,4 M Дж/кг для осуществления процесса сжигания сточных вод требуется высококалорийное топливо. Теплоту сгорания сточных вод с органическими загрязнителями рассчитывают по формуле:
где сi – концентрация i-го компонента в сточной воде, моль/дм3; При неизвестном составе сточной воды Q сг, M Дж/кг определяют по формуле:
где ХПК – химическое потребление кислорода, г/дм3.
Предприятий По данным научно-исследовательского и проектно-изыскательского института Мосводканалниипроект, только на мойку автомобилей в Москве ежесуточно расходуется 50 тыс. м3 питьевой воды, прошедшей дорогостоящую обработку на водопроводных станциях или подаваемой из артезианских скважин. За год расход воды по всем московским ДТП составляет 15 млн. м3.
Рис. 6.2. Схемы установок для очистки сточных вод по методу полного окисления с пропускной способностью 12—700 м3/сутки: а —установка КУ-12; б — унифицированная компактная установка MOCC № 4 и НИИ КВ и OB; / — подающий трубопровод; 2 — зона аэрации; 3 — аэратор; 4 — электродвигатель и редуктор под кожухом: 5 — зона отстаивания; 6—отводящий трубопровод (лоток); 7—бункер постоянного уровня; 8 — трубопровод возвратного ила
За последнее время в крупных промышленных центрах страны, и прежде всего, в Москве, наряду с локальными сооружениями по очистке сточных вод отдельных предприятий, возводятся групповые очистные сооружения, на которых очищаются промышленные сточные и ливневые воды, поступающие от нескольких предприятия, что обеспечивает снижение как первоначальных затрат на возведение очистных сооружений, так и на их содержание. Система оборотного водоснабжения, как правило, включает в себя сборник-резервуар сточной воды, откуда она насосами подается в фильтры очистки от взвешенных частиц и нефтепродуктов. После фильтрации очищенная вода поступает в сборник-резервуар чистой воды, из которого она забирается насосами для расхода на промышленные цели и для мойки автомобилей. В данной схеме оборотного водоснабжения повторное использование воды для мойки может производиться, минуя сборник-резервуар чистой воды, и прямо подаваться насосом к моечной машине. Основными загрязнителями производственных сточных вод:, автотранспортных предприятий являются нефтепродукты к взвешенные частицы; других каких-либо химических веществ в них содержится ничтожно малое количество, в связи с чем упрощается процесс очистки. Существующие очистные сооружения для улавливания взвешенных частиц и остатков нефтепродуктов, в основном действующие по методу флотационной очистки (основанному на прилипании частиц нефти или других загрязнений к пузырькам воздуха, которыми искусственно насыщаются сточные воды, "и всплывании образующегося комплекса), сложны, требуют реагентной обработки воды с применением коагулянтов (сернокислого алюминия или сернокислого железа и др.), не обеспечивают надежного качества очистки, воды. Для размещения таких очистных сооружений требуются значительные территории, выделить которые в условиях действующего АТП не всегда возможно. В связи с указанными недостатками таких очистных сооружений нецелесообразно на их основе создавать систему оборотного водоснабжения. При организации оборотного водоснабжения исходят из следующих основных требований: **достаточно высокое и надежное качество очистки сточных вод без повседневного лабораторного контроля; **компактность очистных сооружений - возможность размещения их на сравнительно небольшой площади; **возможность серийного заводского изготовления всех агрегатов очистных сооружений и простота в эксплуатации; **широкий диапазон производительности установок (путем их комплектации из унифицированных узлов) на различную производственную мощность АТП. Указанным требованиям отвечает разработанная институтом Мосводканалниипроект установка для очистки производственных сточных вод, получившая название "Кристалл". Принцип действия установки "Кристалл". основан на последовательной фильтрации через устройства для задержания взвешенных частиц к дальнейшем извлечении нефтепродуктов по замкнутому циклу. Высокое качество и эффективность очистки сточных вод на установке "Кристалл" достигают за счет вибрационного фильтра и применения в качестве фильтрующих элементов загрузок синтетических нетканых материалов (таких, как сипрон, возопрон, синтепрон и др.), имеющих наиболее высокую адсорбционную и адгезионную способность к нефтепродуктам и являющихся отходами легкой промышленности. Невысокая стоимость этих материалов и возможность многократной их регенерации ставят эти материалы на первое место по сравнению с другими фильтрующими загрузками по очистке сточных вод. Показатели качества очистки сточных вод на выходе установки "Кристалл" приведены в табл. 7.1.
В результате очистки вода может быть повторно использована для мойки автомобилей и других технических целей при оборотном водоснабжении, сброшена в ливневую канализацию кли в открытые водоемы без нарушения нормального состояния биологической среды. Следует особо отметить компактность установки "Кристалл", что позволяет монтировать ее непосредственно в помещениях ATП. смонтированы на площади всего 100 м2. Применение установок "Кристалл" также эффективно не только в тех АТП, где еще нет очистных сооружений и где они возводятся впервые, но и в тех, где они уже действуют. Институтом Мосводоканалниипроект разработаны проекты установок "Кристалл" с батареями производительностью 10, 30, 60, 90 и 120 м3/ч, различных по своей конфигурации, применительно к имеющимся в автотранспортных предприятиях помещениям. Управление работой установками и контроль качества очистки сточных вод автоматизированы и осуществляются без: повседневной лабораторной проверки. Регенерацию фильтрующей загрузки, насыщенной нефтепродуктами, осуществляют путем отжатия в стиральной центрифуге. Кратность регенерации фильтрующих нетканых материалов более 60 при восстановительной способности 94-97% по адсорбционной емкости материала к нефтепродуктам. Установка "Кристалл" имеет сравнительно небольшие габариты. При ее монтаже не требуется земляных и строительных, работ; осуществляется только сборка унифицированных узлов и агрегатов с использованием стандартных комплектующих изделий (вибратор для фильтра, насосы и др.). Изготовление установки несложно, причем требуется небольшое количество материалов. Например, для установки производительностью 30 м3/ч необходимо: черных металлов 3700 кг, нержавеющей стали 247 кг, цветных металлов 13 кг, чугуна 7 кг, стеклопластика 130 кг. Ниже приводится описание устройства и принцип работы: установки "Кристалл" производительностью 30 м3/ч как наиболее распространенной в системе оборотного водоснабжения. При этом объектом канализования являются промышленные сточные и ливневые воды, загрязненные взвешенными веществами и нефтепродуктами, что соответствует характеру сточных вод АТП. Установка "Кристалл" (рис. 7.1) содержит приемный резервуар 1 сточной воды, насос 2 подачи сточной воды, виброфильтр 3, бункер-сборник 4 осадка, блок очистки сточных вод от нефтепродуктов, имеющий камеру 6 грубой (первичной) очистки воды, камеру 7 для окончательной очистки сточных вод, сборник 5 чистой очищенной воды, насос 11 подачи чистой воды с патрубком 12, соединяющим насос с моечной установкой, сборник 8 нефтеотходов с патрубком 9 отвода нефтепродуктов и патрубком 10 слива воды в осадок. Одним из главных агрегатов установки является виброфильтр, предназначенный для очистки производственных сточных вод от взвешенных веществ - песка, ила и т. п. Виброфильтр (рис.7.2.) выполнен в виде металлического цилиндрического корпуса 5, переходящего в нижней части на конус и опирающегося на трубчатое основание; внутри корпуса размещены тринадцать кассет 6, обтянутых мелкой металлической сеткой; сверху корпуса имеется кассетодержатель 3, на трубе которого крепится вибратор 1. Промежутки между кассетами заполняются гранулами полистирола. Для приема и подачи в установку сточной воды имеется входной патрубок 4, а для. выхода воды, очищенной от взвешенных веществ, в верхней части корпуса имеется выходной патрубок 2; для спуска осадка в нижней части корпуса имеется переливная труба 7, соединяющая корпус с элеватором. Для контроля за давлением в виброфильтре имеется манометр. В описываемой установке оригинально решена конструкция блока вторичной очистки сточных вод от нефтепродуктов, в котором осуществляется окончательная очистка воды. Основными узлами блока (рис. 7.3) являются камера 16 грубой (первичной) очистки с крышкой 11, кассеты 18 каскадного фильтра окончательной очистки воды, расположенные в средней части блока, и сборник 20 чистой воды.
Рис. 7.1. Схема очистки сточных вод по замкнутому циклу на установке 'Кристалл':
Рис. 7.3. Блок вторичной очистки сточных вод от нефтепродуктов (установка 'Кристалл') Камера грубой очистки воды от нефтепродуктов имеет патрубок 13, через который поступает вода из виброфильтра, очищенная от взвешенных частиц; в камере имеются две рамки 12 с коалесцирующими фильтрами, перегородка 9 с желобом 10, патрубок 7 слива нефтепродуктов, заслонка 8 с электромагнитным приводом и распределительный коллектор 6. Расположенные в средней части кассеты 18 размещены в трех горизонтальных рядах и выполнены подвижными на роликах по направляющим каркаса камеры. Кассета состоит из наружного и внутреннего корпусов 4, двух металлических сеток 5, лотка 17 и переливной трубы 1 телескопического типа; внутренний корпус кассеты заполнен фильтрующим синтетическим волокном 21 (например, сипрон) для окончательной очистки воды от нефтепродуктов. Слив чистой воды осуществляют через сливной патрубок 2, Кроме того, имеются патрубок 3 перелива и патрубок 19 для слива отстоя. В верхней части камеры смонтированы воздушные коллекторы 14 для удаления (с помощью воздуха) слоя нефтеотходов с поверхности воды; для наблюдения за процессом очистки воды имеется смотровое окно 15. Загрязненная вода поступает в резервуар 1 сточных вод (см. рис. 2); когда уровень воды в резервуаре достигнет среднего датчика сигнализатора уровня, автоматически включается насос 2, далее вода под давлением 2-2,5 кгс/см2 поступает по трубопроводам в виброфильтр 3; после фильтрации из виброфильтра вода поступает в блок вторичной очистки от нефтепродуктов сначала в камеру 6 грубой (первичной) очистки, а затем в камеру 7 для окончательной (вторичной) очистки, откуда она направляется в сборник 5 чистой воды. Осадок в виде песка, ила и т. п. оседает в конусной части виброфильтра 3, из которого он периодически удаляется в бункер-сборник 4 осадка. В камере грубой очистки воды происходит коалесценция (укрупнение частиц) эмульсии и образование слоя нефтеотходов. Ускорение сброса нефтеотходов с поверхности воды осуществляется путем подачи сжатого воздуха; далее нефтеотходы самотеком поступают в сборник 8, а оттуда через патрубок 9 на установку "Вихрь" для сжигания. Очищенная от нефтепродуктов вода из камеры 6 грубой (первичной) очистки поступает в камеру 7 окончательной (вторичной) очистки воды; пройдя окончательную очистку, вода сливается в сборник 5 чистой воды; когда уровень воды в сборнике 5 достигнет среднего датчика сигнализатора уровня воды (на рисунке не показано), включается насос 11 чистой воды,, подающий очищенную воду в систему оборотного водоснабжения. Высокое качество очистки воды от взвешенных частиц достигается в виброфильтре благодаря применению кассет, обтянутых сеткой с размером ячейки 40 мкм, на которой задерживаются частицы размером 40 мкм и выше, создающие рабочий слой, через который фильтруется вода. Встряхивание кассет е помощью вибратора обеспечивает интенсивное удаление осевших взвешенных частиц, а благодаря автоматизации процесса встряхивания, которое осуществляется при возрастании гидравлического сопротивления воды до определенного предела,обеспечивается поддержание оптимальной толщины рабочего слоя. ила, гарантирующего эффективность очистки. Электрическая схема установки "Кристалл" включает в себя электроприводы трех насосов загрязненной воды, двух виброфильтров, четырех камер для окончательной (вторичной) очистки воды и трех насосов чистой воды, а также водо- и воздухоприводы с сигнализаторами, электровентилями и электроклапанами. В работе очистных сооружений установки предусматривают следующий объем автоматизации: **включение основного насоса подачи сточных вод при достижении необходимого уровня в резервуаре сточных вод; **аварийное отключение основного насоса (при загрязнения всасывающей магистрали или в случае срабатывания световой или звуковой сигнализации) и включение резервного насоса; **включение третьего (резервного) насоса загрязненной воды при увеличении притока сточных вод в отстойник; **включение вибратора ИВ-38 и перекрытие трубопровода подачи сточных вод при загрязнении основного виброфильтра. Происходит автоматическое переключение подачи сточных вод в резервный ** **виброфильтр, причем включаются аварийная световая и звуковая сигнализация; включение и отключение насоса очищенной воды (на 2-3 мин каждого часа работы) для промывки фильтра гидроэлеватора; **слежение за накоплением слоя нефти на поверхности приемного резервуара в камере окончательной (вторичной) очистки воды. При уровне, достаточном для срабатывания фотоэлемента, выдается сигнал на электромагнитный клапан перелива и на клапан подачи воздуха сброса нефтепродуктов, установленный в воздухопроводе; **включение сигнальной лампы при загрязнении одного из верхних фильтров камеры окончательной (вторичной) очистки воды; **включение звуковой и световой сигнализации в случае загрязнения всех трех верхних фильтров; **включение насоса откачки чистой воды при достижении установленного уровня в сборнике чистой воды; **включение резервного насоса, а также звуковой и световой сигнализации при Технические характеристики установки "Кристалл" обобщены в табл.7.1 Установка "Кристалл" с системой оборотного водоснабжения в комплексе с установкой "Вихрь" (для уничтожения путем сжигания образующихся при очистке сточных вод органических отходов, главным содержанием которых являются нефтепродукты) как наиболее совершенные одобрены к массовому внедрению Госстроем РСФСР и Санитарно-эпидемиологической станцией Москвы.
Таблица 7.1. Технические характеристики установки "Кристалл"
Тема 8. Таблица 8.1 Виды взаимодействия отдельных элементов малой Тема 9. Опреснители морской воды Природная вода содержащая до 0,1% растворенных веществ называется пресной, от 0,1 до 5% - минерализованной, свыше 5% - рассолом. К числу главных компонентов состава природных вод относятся ионы Na+, K+, Ca 2+, Mg2+, H+ , Cl-, HCO3 -, Co3 2-, SO4 2- и газы O 2, CO2, H2S.В малых количествах содержатся ионы Fe2+ , Fe3+, Mn2+, Br -, I-, F-, BO2 -, HPO 4 2-, SO3 2-, HSO4 -, S2O3 2-, HS-, HSiO3 -, H2SO 3 и газы N2, CH4 He.Остальные вещества находятся в воде в крайне рассеянном состоянии. Вода, предназначенная для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения, а также для коммунальных предприятий и предприятий пищевой промышленности, должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к воде, подаваемой потребителю (ГОСТ 2874-54). Существенным недостатком опреснения воды способом перегонки является большой расход энергии, в результате чего стоимость опресненной воды становится непомерно высокой. Удельная теплоемкость воды с=4,19×103 Дж/(кг·К) Удельная теплота парообразования воды =2,26×106 Дж/кг при температуре кипения =100°С Отсюда =2,26×106×2,39×10 -4=540 ккал/кг 1 кг бензина содержит 1,11×10 4 ккал энергии. 11100/540=20,5 г бензина израсходовано на испарение 1 кг воды. Во всем мире в 1974 г. находилось в эксплуатации порядка 800 крупных стационарных опреснительных установок суммарной производительностью около 1,3 млн м3/сут пресной воды. Использование соленых и солоноватых вод имеет важное значение для России. Территория России составляет порядка 10% суши, а возобновляемых водных ресурсов (устойчивого стока рек) на эту территорию приходится всего лишь порядка 5%. Таким образом, наша страна обеспечена пресной водой примерно в два раза меньше, чем остальная часть планеты. Водные ресурсы нашей страны распределены неравномерно - в зоне, где проживает 80% населения, сосредоточено всего лишь 40% возобновляемых водных ресурсов. Прогнозы показывают, что в результате роста водопотребления различными отраслями народного хозяйства почти все речные бассейны южных районов нашей страны уже в ближайшее время будут испытывать дефицит пресной воды, который составит для Дона - 13 км3/год, для бассейна Кубани - 10 км3/год. Общий объем межбассейновых перебросок должен составить около 200 км 3. Даже при условии строительства крупных районных водоводов для сельскохозяйственного водоснабжения понадобится 28 тыс. стационарных опреснительных установок производительностью 10-40 м3/сут. Разработан способ опреснения морской воды путем дистилляции с использованием дешевой энергии низкотемпературного ядерного синтеза представляет собой забор, испарение морской воды с последующей конденсацией пара и получения пресной воды за счет использования Блок дистилляции морской воды многоступенчатый с трубчатыми нагревательными элементами приведен на рис.9.1. Многоступенчатый испаритель состоит из ряда последовательно работающих испарительных камер с трубчатыми нагревательными элементами. Нагреваемая соленая вода движется внутри трубок нагревательного элемента, греющий пар конденсируется на внешней их поверхности. Нагрев и испарение морской воды в первой ступени осуществляют паром, поступающим от блока низкотемпературного ядерного синтеза с температурой на входе 105°С. Греющим паром следующих ступеней служит вторичный пар предыдущей испарительной камеры. Соленая вода проходит последовательно, от последовательного к первому испарительному элементу, через конденсаторы, встроенные в испарительные камеры, нагреваясь за счет тепла конденсации, поступает в головной подогреватель, нагревается выше температуры кипения воды в первой испарительной камере, где вскипает. Затем пар конденсируется на поверхности трубок конденсатора, а конденсат стекает в поддон и насосом откачивается потребителю. Рис.9.1. Схема блока дистилляции морской воды: 1) испарительные камеры, 2) трубчатые нагревательные элементы, 3) концевой конденсатор, 4) брызгоулавливатель, 5) насосы
Неиспарившаяся вода перетекает через гидрозатвор в следующую камеру с более низким давлением, где она снова вскипает, и т.д. Расход тепла на получение 1 кг пресной воды в одноступенчатом дистилляционном опреснителе составляет около 2400 кДж; рекуперация тепла фазового перехода в многоступенчатом опреснителе позволяет снизить расход тепла на 1 кг пресной воды до 250-300 кДж. Соленая вода проходит последовательно от последнего к первому испарительному элементу через конденсаторы, встроенные в испарительные камеры, нагреваясь за счет тепла конденсации, поступает в головной подогреватель, нагревается выше температуры кипения воды в первой испарительной камере, где вскипает. Затем пар конденсируется на поверхности трубок конденсатора, а конденсат стекает в поддон и насосом откачивается потребителю. Неиспарившаяся вода перетекает через гидрозатвор в следующую камеру с более низким давлением, где она снова вскипает, и т.д. Расход тепла на получение 1 кг пресной воды в одноступенчатом дистилляционном опреснителе составляет около 2400 кДж; рекуперация тепла фазового перехода в многоступенчатых опреснителях позволяет снизить расход тепла на 1 кг пресной воды до 250-300 кДж. Таким образом, опреснительная установка, может произвести 900 тыс. тонн пресной воды и обеспечить 6 миллионов человек из расчета 150 кг/чел.
К онтейнерный модуль установки опреснения компании ENCE GmbH:
Компания ENCE GmbH на заказ разработает и осуществит поставку "под ключ" контейнерные установки опреснения морской воды. Установки обессоливания воды предназначены для очистки и обессоливания морской воды с целью дальнейшего ее питьевого использования персоналом на морских нефтегазодобывающих платформах. Установки обессоливания воды используют баромембранную технологию (прежде всего установок обратного осмоса) в сочетании с процессом ультрафиолетового бактериального обеззараживания воды. Кроме того принципиальная схема аппаратурного оформления установки обессоливания воды зависит от исходного состава воды и требований, предъявляемых к качеству обессоленной воды Заказчиком. · Процент удаления солей из воды составляет до 99,5% · Производительность установок от 2 до 500 куб.м/сутки (больше - по запросу) Комплектация установок: · Дозировочная система против образования окалины с системой предварительной очистки - фильтрации до 5 микрон. · Резервуар для хранения воды. · Вертикальный перекачивающий насос для работы + резервный насос. · Блоки с мембранами. · Камера ультрафиолетового обеззараживания. · Запорно-регулирующая арматура и приборы КИП и А. · Контейнер для размещения установки. · Материальное исполнение оборудования – нержавеющая сталь. · Предусмотренный режим работы - полностью автоматический. · Размещение - внутри контейнера, поставляется единым блоком, на месте остается только произвести все необходимые внешние соединения и запитать. Установка работает следующим образом (рис.9.2).Необработанную воду хранят в резервуаре, там же происходит ее дезинфекция. Через 30 минут воду Рис.9.2.Схема контейнерного модуля установки опреснения компании ENCE GmbH:
1 - Морская вода, 2,3-Система хлорирования(2-дозатор, 3- емкость, 500 л),4 - горизонтальный центробежный насос, 5 - противопесочные фильтры, 6 - фильтры дехлоринации, 7 - защитная микронная система фильтрации AISI316, 8 - вертикальный центробежный многоступенчатый насос, 9 - 4 сосуда, 10,11- антискалантная дозтоующая система (10 - дозатор, 11 - емкость, 120 л), 12,13 - система хлорирования после очистки (12-дозатор, 13-емкость, 100л), 14 - солевой шлам, 15 - пресная вода. · Автоматическая система хлорирования В систему хлорирования входит: мембранный дозирующий насос, шкаф управления, нижний фильтр, датчик уровня, резервуар из пластика Установка обратного осмоса включает в себя: o Систему дозирования антискаланта автоматически дозирует входящий продукт. Состоит из: резервуара объемом 120 л в качестве емкости для раствора o Электронного мембранного дозировочного насоса, линии нагнетания и дозирующей форсунки. · Защитную микронную систему фильтрации, установленную на входе в секцию осмоса · Характеристики картриджа: o Степень фильтрации: 5 мкм. o Материал: пищевой полипропилен с низкой пористостью Остаточное содержание хлора в выходящей с системы воде 0,2-0,5 мг/л. Количество получаемого фильтрата, по отношению к исходной воде 50% · Мембраны представляют собой намотанные в спираль полиамиды с высокой степенью задержания Материал - TFC (композит из тонкой пленки). Мембраны необходимо менять примерно каждые 3 года · Вертикальный центробежный многоступенчатый насос высокого давления для создания высокого давления на мембранах · Электрический шкаф управления с микропроцессором и цифровым дисплеем. В шкафу предусмотрены все необходимые управляющие, показывающие и приборы контроля за работой установки Процент обессоливания на выходе 99,5%
ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение №1. Тяжелых металлов
Приложение №2.
Состав морской воды (Краткий справочник по химии. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. 1965 г., стр.513)
Вопросы для самоконтроля Литература 1. Бахтина И.А., Иванова П.В., Иванов В.М., Непомнящий Р.Б.Малая автоматизированная установка для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки осадков// Пат.РФ № 2330817, 2007.
2. Е.В. Кондратюка, Л.Ф. Комаровой, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, г. Барнаул, март 2010 года.
3. Калайда М.Л., Говоркова Л.К., Загустина С.Д., Хамитова М.Ф. Биоплато как способ доочистки дренажных вод города и сточных вод промышленных предприятий // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2009. № 7 - 8.
4. Евсюков Г.А. Патент №2128374. Управляемый источник энергии на использовании низкотемпературного ядерного синтеза. Способ осуществления низкотемпературного ядерного синтеза (варианты). Бюл. №9, 27.03.1999 г.
5. Завьялов С. Н. Организация механизированной мойки автомобилей и оборотного водоснабжения. М., "Транспорт", 1978, с. 126.
6.Дмитриева Е.Э. Жидкофазное окисление органических веществ, содержащихся в сточных водах / дисс.к.х.н. Владивосток /2007, 111 с.
7. Л.М. Кочетов, М.П. Тюрин, М.В. Сошенко. Эффективность улавливания взвешенных частиц открытыми гидроциклонами.
8. Кутепов А.М.,Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г..Общая химическая технология:Учеб.для техн.вузов. М.; Высш.шк., 1990.-520 с. Процессы очистки производственных вод Учебное пособие Москва 2011г. УДК 504.3.054 (075) ББК 65.9(2)248
Рецензенты:
|
|||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-19; Просмотров: 511; Нарушение авторского права страницы
к горизонту.
,
, определяемая как отношение расхода жидкости G к поперечному сечению цилиндрического корпуса гидроциклона диаметром D;
,
– скорость жидкости во входном патрубке гидроциклона, м/c.
,
- скорость осаждения, определяемая по формуле;
- среднеквадратичное отклонение вероятностного распределения фракционной эффективности улавливания:
;
;
- среднеквадратичное отклонение функции распределения твердых частиц по скоростям осаждения.
может быть определена по соотношению
,
– соответственно скорости осаждения взвешенных частиц, соответствующие значениям функции распределения по скоростям осаждения 50%, 15,9%, 84,1%.
,
и 
- соответственно начальное и конечное содержание i-й фракции взвеси в очищаемой воде.
– плотность сточной воды, кг/м3;
– удельная теплота сгорания i-го компонента, кДж/моль.
