яя я яяя я яяя я я яяя я ввввв яяяя ввввв яяяяя в ввя 19 страница

Состав загрязнений сточных вод других видов производств опре­деляется в основном исходными материалами и видами технологиче­ских процессов, в которых используется вода. Например, сточные воды целлюлозно-бумажных предприятий содержат в основном ор­ганические вещества, кислоты, щелочи и их соли. Сточные воды неф­теперерабатывающих предприятий характеризуются большим содер­жанием нефтепродуктов и других видов органических веществ, вклю­чая трудноразлагаемые органические составляющие и т. п.

Бытовые сточные воды, образующиеся в раковинах, санитарных узлах, душевых и т. п., содержат крупные примеси (остатки пищи, тряпки, песок, фекалии и т. п.); примеси органического и минераль­ного происхождения в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях; различные, в том числе болезнетворные бактерии. Кон­центрация указанных примесей в бытовых сточных водах зависит от степени их разбавления водопроводной водой.

Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений, имею­щихся на поверхности грунтов, на крышах и стенах зданий и т. п. Ос­новными примесями поверхностных сточных вод являются механи­ческие частицы (земля, песок, камень, древесные и металлические стружки, пыль, сажа) и нефтепродукты (масла, бензин, керосин, ис­пользуемые в двигателях транспортных средств).

При выборе схемы станции очистки и технологического оборудо­вания необходимо знать расход сточных вод и концентрацию содер­жащихся в них примесей, а также допустимый состав сточных вод, сбрасываемых в водоемы. Допустимый состав сточных вод рассчиты­вают с учетом «Правил охраны поверхностных вод». Эти правила предназначены для предупреждения избыточного загрязнения сточ­ными водами водных объектов. Правила устанавливают нормы на ПДК веществ, состав и свойства воды водоемов.

Расчет допустимой концентрации примесей в сточных водах, сбрасываемых в водоемы, проводят в зависимости от преобладающе­го вида примесей сточных вод и характеристик водоема.

При преобладающем содержании взвешенных веществ их допус­тимая концентрация в очищенных сточных водах

Со < с_в + «ПДК,

где с_в — концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса в него сточных вод, кг/м³; п — кратность разбавления сточных вод в воде водоема, характеризующая часть расхода воды водоема, участ­вующую в процессе перемешивания и разбавления сточных вод; ПДК — предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в воде водоема, кг/м³.

При преобладающем содержании растворенных веществ допус­тимая концентрация каждого из них в очищенных сточных водах

Со/ < n(c_mi — С_в/) + С_в/,

где с_в/ — концентрация /-го вещества в воде водоема до сброса в него сточных вод, кг/м³; с_т/ — максимально допустимая концентрация того же вещества в воде водоема с учетом максимальных концентра­ций и ПДК всех веществ, относящихся к одной группе лимитирую­щих показателей вредности, кг/м³:

С /-1 Л

с, = ПДК,

ПДК,

Кратность разбавления сточных вод в воде водоема

п = (с₀- с_в)/(с - с_в),

где с₀ — концентрация загрязняющих веществ в сбрасываемых сточ­

ных водах, кг/м; с_в и с — концентрации тех же веществ в воде водоема до и после сброса в них сточных вод, кг/м³.

Для водоемов с направленным течением кратность разбавления

n = (Q_B + mQ_p)Q_B,

где Q_B — объемный расход сточных вод, сбрасываемых в водоем с объемным расходом Q_p, м³/ч; т — коэффициент смешения, показы­вающий долю расхода воды водоема, участвующей в процессе смеше­ния:

1-ехр (-кЧЬ)

т=-

l₊(a/Qp)exp(-M/Z)'

где А: = \|/ф *JD_T /Q_p — коэффициент, характеризующий гидравличе­ские условия смешения, м~^1/3; \|/ — коэффициент, характеризующий месторасположение выпуска сточных вод (для берегового выпуска \|/ = 1; для выпуска в сечении русла \|/ = 1,5); ср = L/L_n — коэффици­ент извилистости русла; L — длина русла реки от сечения выпуска до расчетного створа, м; L_u — расстояние между этими же параллельны­ми сечениями в нормальном направлении, м; D_T — коэффициент турбулентной диффузии в водоеме, м²/с; D_T = gHW/MC_m (g — уско­рение свободного падения, м/с²; Я — средняя глубина водоема по длине смешения, м; W — средняя по сечению водоема скорость те­чения на расстоянии L от места выпуска сточных вод, м/с; С_ш = 40...44 м°'⁵/с — коэффициент Шези [1]; М — функция коэффи­циента Шези, равная 22,3).

Условия смешения сточных вод с водой озер и водохранилищ су­щественно отличаются от условий их смешения в реках и каналах. Концентрация примесей сточных вод в начальной зоне смешения уменьшается более существенно, однако полное их перемешивание происходит на значительно больших расстояниях от места выпуска, чем в реках и каналах. Расчет разбавления сточных вод в озерах и во­дохранилищах приведен в [16].

Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека нераз­рывно связано с выполнением гигиенических требований к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения.

Существующие санитарные нормы применяют к воде, предназна­ченной для потребления населением в питьевых и бытовых целях, для использования в процессах переработки продовольственного сырья и производства пищевых продуктов, их хранения и торговли, а также для производства продукции, требующей применения воды питьево­го качества.

Качество питьевой воды, подаваемой системой водоснабжения, должно соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.559—96.

Основными параметрами качества питьевой воды являются: за­пах, привкус, цветность, мутность, рН, общая жесткость, общая ми­нерализация, окисляемость перманганатная, допустимая концентра­ция взвешенных и растворенных веществ, а также эпидемиологиче­ские и радиационные показатели.

Для примера в табл. 10.4 приведены основные эпидемиологиче­ские показатели качества питьевой воды.

Вышеуказанные Санитарные правила регламентируют также и организацию производственного контроля качества питьевой воды. В соответствии с этими правилами организация, осуществляющая эксплуатацию систем водоснабжения, контролирует качество воды в местах водозабора, перед поступлением в распределительную сеть, а также в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной сети.

10.2.2. Средства защиты гидросферы

Рассматриваемые в данном разделе методы и средства защиты гидросферы могут использоваться для очистки всех видов воды: пить­евой, технической, а также производственных, бытовых и поверхно­стных сточных вод. Вид очищаемой воды определяет выбор схемы и

конкретного технологического оборудования, используемого для очистки.

Тем не менее для очистки любого вида воды, как правило, первой стадией очистки является механическая, второй — физико-химиче- ская и третьей — биологическая. При этом на многих стадиях физи­ко-химической и биологической очистки воды применяют сооруже­ния вторичной механической очистки (как правило, вторичные от­стойники) для выделения из воды нерастворимых примесей, образо­вавшихся в процессах физико-химической или биологической очистки.

Методы и технологическое оборудование для очистки сточных вод можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очи­щенных сточных водах. При этом необходимо иметь в виду, что тре­буемые эффективность и надежность любого очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентрации примесей и расходов сточных вод. С этой целью применяют усредне­ние концентрации примесей или расхода сточных вод, а в отдель­ных случаях и по обоим показателям одновременно. Для этого на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор и расчет которых зависит от параметров изменяющихся по времени сбросов сточных вод. Выбор объема усреднителя концентрации примесей сточной воды зависит от коэффициента подавления к_п ⁼ (Сщах ^{— С}ср)/(с_д — с_ср), где с_тах — максимальная концентрация при­месей в сточной воде, кг/м³; с_ср — средняя концентрация примесей в сточной воде на входе в очистные сооружения, кг/м³; с_д — допусти­мая концентрация примесей в сточной воде, при которой обеспечи­вается нормальная эксплуатация очистных сооружений, кг/м³.

При к_п> 5 объем усреднителя (м³)

V= к_пАОхз,

где AQ — превышение расхода сточной воды при переменном сбросе, м³/с; т₃ — продолжительность переменного сброса, с; к_п< 5;V= = AQx₃/ln[k_n/(k_n-\)].

После расчета объема усреднителя выбирают необходимое число секций, исходя из условия AQh/V< lV_a, где h — высота секции усред­нителя, м; W_R = 0,0025 м/с — допустимая скорость движения сточ­ной воды в усреднителе.

В соответствии с видами, процессов, реализуемых при очистке, целесообразно существующие методы классифицировать на механи­ческие, физико-химические и биологические.

Механическая очистка. Для очистки сточных вод от взвешенных веществ используют процеживание, отстаивание, обработку в поле действия центробежных сил и фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. В вертикальных или наклонных решетках ширина Прозоров обычно составляет 15...20 мм. Для удаления осадка веществ с входной поверх­ности решеток используют ручную или механическую очистку. По­следующая обработка удаленного осадка требует дополнительных за­трат и ухудшает санитарно-гигиенические условия в помещении. Эти недостатки устраняются при использовании решеток-дробилок, ко­торые улавливают крупные взвешенные вещества и измельчают их до 10 мм и менее. В настоящее время используют несколько типоразме­ров таких решеток, например РД-200 производительностью 60 м³/ч и диаметром сетчатого барабана 200 мм.

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод целлюлоз- но-бумажных и текстильных предприятий используют волокноуло- вители, например с использованием перфорированных дисков или в виде движущихся сеток с нанесенным на них слоем волокнистой массы.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках и жироуловите- лях. Для расчета этих очистных устройств необходимо знать скорость свободного осаждения (всплывания) примесей (м/с):

^0 = ^ч(Рч-Рв)/(18ц),

где g — ускорение свободного падения, м/с²; d₄ — средний диаметр частиц, м; р_ч и р_в — плотности частицы и воды, кг/м³; ц — динамиче­ская вязкость воды, Па/с.

Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц метал­ла и песка размером более 0,25 мм. В зависимости от направления движения сточной воды применяют горизонтальные песколовки с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэри­руемые. На рис. 10.15 показана схема горизонтальной песколовки, ее длина (м):

L = ahW/W,,

где W— скорость движения воды в песколовке, W= 0,15...0,3 м/с; а — коэффициент, учитывающий влияние возможной турбулентно­сти и неравномерности скоростей движения сточной воды в песко­ловке, а = 1,3...1,7.

L
h h h

Рис. 10.15. Схема горизонталь­ной песколовки:

/ — входной патрубок; 2 — корпус пес­коловки; 3 — шламосборник; 4 — вы­ходной патрубок

Рис. 10.16. Расчетная схема гори­зонтального отстойника

Рабочую глубину песколовки h выбирают из условия h/W_Q < т_пр, где т_пр — время пребывания воды в песколовке, т_пр = 30... 100 с. Ши­рина песколовки (м)

В= Q/(nhw),

где Q — расход сточной воды, м³/с; п — число секций в песколовке.

Отстойники используют для очистки сточных вод от механиче­ских частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродук­тов. В зависимости от направления движения потока сточной воды применяют горизонтальные, радиальные или комбинированные от­стойники. При расчете отстойников определяют, как правило, его длину и высоту. Существуют различные методики расчета длины от­стойников. На рис. 10.16 представлена расчетная схема горизонталь­ного отстойника. В первой зоне длиной Д (м) имеет место неравно­мерное распределение скоростей по глубине отстойника:

i_{ =^р(Я-А),

где Я— рабочая высота отстойника, м; h₀ = 0,25 Я— высота движуще­гося слоя сточной воды в начале отстойника, м; р = (0,018...0,02) W_x\ W_x — горизонтальная составляющая скорости движения воды, м/с.

Во второй зоне длиной /₂ (м) скорость потока сточной воды посто­янна. В этой зоне основная часть примесей должна осесть (всплыть) в иловую часть (на поверхность) отстойника, поэтому

h ⁼ (Н — hi)Wx/{Wo — 0,5

где h_x — максимально возможная высота подъема частицы в первой зоне, м. В третьей зоне длиной /₃ (м) скорость потока увеличивается и условия осаждения частиц ухудшаются:

где a — угол сужения потока воды в выходной части отстойника; a = 25...30°.

Для расчета общей длины отстойника / = 1_{ + /₂ + /₃ задают расход сточной воды и размеры поперечного сечения отстойника.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осущест­вляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. От­крытые гидроциклоны применяют для выделения из сточной воды крупных твердых примесей со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Такие гидроциклоны имеют большую производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 м. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от состава примесей (материала, размера, формы частиц и др.), а также от конст­руктивных и геометрических характеристик гидроциклона.

Открытый гидроциклон (рис. 10.17) состоит из входного патрубка 7, кольцевого водослива 2, патрубка 3 для отвода очищенной воды и шламоотводящей трубы 4. Существуют открытые гидроциклоны с нижним отводом очищенной воды, а также гидроциклоны с внутрен­ней цилиндрической перегородкой.

Производительность (м³/с) открытого гидроциклона Q = 0,785#Z>², где q — удельный расход воды; для гидроциклона с внутренней ци­линдрической перегородкой # = 7,15w₀ (w₀ — скорость свободного осаждения частиц в воде, м/с); D — диаметр цилиндрической части гидроциклона, м.

Для проектирования открытых гидроциклонов рекомендуются следующие его геометрические характеристики: D = 2... 10 м; Н= D\ d = 0, ID при одном отверстии и d = 0,0707Z> при двух входных отвер­стиях; a = 60°.

Конструктивная схема напорного гидроци- клона аналогична схеме циклона для очистки газов от твердых частиц. Производительность напорного гидроциклона

у Q = KDd^2Ap/p,

Рис. 10.18. Схема координи­рованного гидроциклона

где К — коэффициент, зависящий от условий входа воды в гидроциклон; для гидроциклонов с D = 0,125...0,6 м и a = 30° К= 0,524; Ар - пе­репад давлений воды в гидроциклоне, Па; р — плотность очищаемой сточной воды, кг/м³. Рис. 10.17. Схема от- На рис. 10.18 представлена схема напорногр крытого гидроциклона гидроциклона, обеспечивающего очистку сточ- ной воды и от твердых частиц, и от масло- продукгов. Сточная вода через установ­ленный тангенциально по отношению к корпусу гидроциклона входной трубо­провод 1 поступает в гидроциклон. Вследствие закручивания потока сточной воды твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и стекают в шла- мосборник 7, откуда они периодически удаляются. Сточная вода с содержащи­мися в ней маслопродуктами движется вверх. При этом вследствие меньшей плотности маслопродуктов они концен­трируются в ядре закрученного потока, который поступает в приемную камеру J, и через трубопровод 5маслопродукты вы­водятся из гидроциклона для последую­щей утилизации. Сточная вода, очищен­ная от твердых частиц и маслопродуктов, скапливается в камере 2, откуда через трубопровод 6 отводится для дальнейшей очистки. Трубопровод 4 с регулируемым проходным се­чением предназначен для выпуска воздуха, концентрирующегося в ядре закрученного потока очищаемой сточной воды.

Такие гидроциклоны используют для очистки сточных вод про­катных цехов с концентрацией твердых частиц и маслопродуктов со­ответственно 0,13...0,16и0,01...0,015 кг/м³ и эффективностью их очи­стки около 0,7 и 0,5. При расходе очищаемой сточной воды 5 м³/ч пе­репад давлений в гидроциклоне составляет 0,1 МПа.

Фильтрование применяют для очистки сточных вод от тонкодис­персных примесей с малой их концентрацией. Его используют как на начальной стадии очистки сточных вод, так и после некоторых мето­дов физико-химической или биологической очистки. Для очистки сточных вод фильтрованием применяют в основном два типа фильт­ров: зернистые, в которых очищаемую сточную воду пропускают че­рез насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовляют из связанных пористых ма­териалов (сеток, натуральных и синтетических тканей, спеченных металлических порошков и т. п.).

Для очистки больших расходов сточных вод от мелкодисперсных твердых примесей применяют зернистые фильтры (рис. 10.19). Сточ­ная вода по трубопроводу 4 поступает в корпус 1 фильтра и проходит через фильтровальную загрузку J из частиц мраморной крошки, шун-

5 6 7

гизита и т. п., расположенную между пористыми перегородками 2и 5. Очищенная от твердых частиц сточная вода скапливается в объеме, ограниченном пористой перегородкой 5, и выводится из фильтра че­рез трубопровод 8. По мере осаждения твердых частиц в фильтроваль­ном материале перепад давлений на фильтре увеличивается и при достижении предельного значения перекрывается входной трубопро­вод 4 и по трубопроводу 9 подается сжатый воздух. Он вытесняет из фильтровального слоя 3 воду и твердые частицы в желоб <5, которые затем по трубопроводу 7выводятся из фильтра. Достоинством конст­рукции фильтра является развитая поверхность фильтрования, а так­же простота конструкции и высокая эффективность.

В настоящее время для очистки сточных вод от маслопродуктов широко используют фильтры с фильтровальным материалом из час­тиц пенополиуретана. Пенополиуретановые частицы, обладая боль­шой маслопоглощающей способностью, обеспечивают эффектив­ность очистки до 0,97...0,99 при скорости фильтрования до 0,01 м/с. При этом насадка из пенополиуретана легко регенерируется при ме­ханическом выжимании маслопродуктов.

На рис. 10.20 представлена схема фильтра-сепаратора с фильтро­вальной загрузкой из частиц пенополиуретана, предназначенного для очистки сточных вод от маслопродуктов и твердых частиц. Сточ­ную воду по трубопроводу 5 подают на нижнюю опорную решетку 4. Затем вода проходит через фильтровальную загрузку в роторе 2, верх­нюю решетку 4 и очищенная от примесей переливается в приемный кольцевой карман 6 и выводится из корпуса 7. При концентрации маслопродуктов и твердых частиц до 0,1 кг/м³ эффективность очист­ки составляет соответственно 0,92 и 0,9; а время непрерывной экс­плуатации фильтра —16...24 ч. Достоинствами данной конструкции являются простота и большая эффективность регенерации фильтра.

t fL5

Рис. 10.20. Схема фильтра-сепаратора

При включении электродвигателя 7 вращается ротор 2 с фильтро­вальной загрузкой. В результате частицы пенополиуретана под дейст­вием центробежных сил отбрасываются к внутренним стенкам рото­ра, выжимая из него маслопродукты, которые поступают в карманы 3 и направляются на регенерацию. Время полной регенерации фильтра 0,1 ч.

Физико-химические методы очистки. Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взве­шенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-хи­мических методов очистки сточных вод, основными из которых явля­ются флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная и электрохимическая очистка, гиперфильтрация, эвапорация, выпа­ривание, испарение и кристаллизация.

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплы­вай ия маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса имеет место молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодис- пергированного в воде газа. Образование агрегатов «частица — пу­зырьки газа» зависит от интенсивности их столкновения друг с дру­гом, химического взаимодействия содержащихся в воде веществ, из­быточного давления газа в сточной воде и т. п.

В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию и др.

В настоящее время на станциях очистки широко используют электрофлотацию, так как протекающие при этом электрохимиче­ские процессы обеспечивают дополнительное обеззараживание сточ­ных вод. Кроме того, применение для электрофлотации алюминие­вых или стальных электродов обусловливает переход ионов алюми­ния или железа в раствор, что способствует коагулированию мельчай­ших частиц механических примесей сточной воды.

Образование дисперсной газовой фазы в процессе электрофлота­ции происходит вследствие электролиза воды. Основной составляю­щей электролизных газов является водород; при этом выделяется не­значительное количество кислорода, хлора, оксидов углерода и азота.

При расчете электрофлотатора определяют расход газа, необходи­мого для обеспечения заданной эффективности очистки, q_T = = 100 Q(c₀ — с_к)6М, где с₀ и с_к — концентрации маслопродуктов в ис­ходной очищенной сточной воде, кг/м³; М— удельная адсорбция маслопродуктов газовой фазой, л/кг. Затем находят силу тока для по­лучения требуемого количества электролизного газа / = д_т/а_г, где а_г — выход газа по току; а_г = 0,0076 дм³/(л • мин).

Расход водорода (дм³/мин) в смеси электролизного газа

#н₂ = 22,4#_га_н/(а_гМн₂),

где а_н — электрохимический эквивалент водорода, а_н = 0,627 мг/(А-мин); М_Н2 — молекулярная масса водорода.

Задают расход воздуха, подаваемого под границу раздела «сточная вода — воздух рабочей зоны» в камере флотации, исходя из соотно­шения q_b > 50#н₂, и определяют суммарный расход газовоздушной смеси, выходящей через открытую поверхность флотатора д_ш = = q_r + q_B. Выбирают удельный расход газовоздушной смеси через по­верхность пенообразования со = 300...600 дм³/(м³- мин) и определяют площадь поверхности пенообразования /= q_CM/со.

Определяют объемную плотность тока (А/м³), обеспечивающую необходимую величину газонаполнения j = (ср + 0,261 К_ф + 0,1)/(0,022 — — 0,011Кф), где ф — степень газонаполнения сточной воды в процессе флотации; ср = 1...5 дм³/м³; Кф = 0,3... 1,2 — коэффициент формы флотационной камеры.

Находят объем и площадь поперечного сечения флотационной камеры V= ///; Г=(К_Ф \[V)² и затем ее основные размеры.

Экстракция сточных вод основана на перераспределении приме­сей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента). Количественно интенсивность пере­распределения оценивается коэффициентом экстракции К_э = с_э/с_в, где с_э и с_в — концентрации примеси в экстрагенте и сточной воде по окончании процесса экстракции. В частности, при очистке сточных вод от фенола с использованием в качестве экстрагента бензола или бутилацетата К_э составляет соответственно 2,4 и 8... 12. Для интенси­фикации процесса экстракции перемешивание смеси сточных вод с экстрагентом осуществляют в экстракционных колоннах, заполнен­ных насадками из колец Рашига.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: