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.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: