Курсовая работа: Механическая очистка сточных вод

Содержание

Введение

1 Литературный обзор

2 Описание технологической схемы узла механической очистки сточных вод

3 Исходные данные

4 Материальный баланс

6 Контроль производства

Заключение

Список использованных источников

Введение

Сохранение гидросферы при непрерывном увеличении водопотребления и загрязнения водоемов промышленными и бытовыми отходами является одной из основных экологических проблем современности. Уже сейчас в мире используется 13% речного стока. В результате во многих регионах наблюдается недостаток пресной воды. Например, безвозвратное водопотребление в бассейнах рек Кубани, Дона, Урала, Терека и других превысило экологически безопасный уровень. Однако наибольший ущерб гидросфере наносится антропогенными загрязнениями. Обычно выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганических (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органических (нефтепродукты, нефть, ПАВ, пестициды, органические остатки). Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров водной среды и определяется тепловыми, механическими и радиоактивными примесями. Биологическое загрязнение заключается в изменении свойств водной среды в результате увеличения количества не свойственных ей видов микроорганизмов, растений и животных (бактерии, грибы, простейшие, черви), привнесенных извне. Загрязнения, поступающие в атмосферу, с осадками возвращаются на землю и попадают в водоемы и почву.

Сточными водами предприятий промышленности и агропромышленного комплекса загрязняются реки, озера и моря. Быстрое развитие химических отраслей промышленности, образование значительных количеств сточных вод, загрязненных различными химическими веществами, повышение требований к качеству очищенных сточных вод обусловливают широкое применение разнообразных методов их очистки [1].

Почти вся вода, которая используется человеком для различных целей, снова возвращается в источник. Однако возвращает её человек в загрязнённом, не пригодном для повторного применения виде. Воду, которая возвращается после использования человеком в водоемы, необходимо очищать.

Для предохранения водоемов от загрязнений сточными водами производится ряд мероприятий: изменение технологического режима производства, многократное использование отработанной воды на других операциях, извлечение и утилизация ценных веществ из стоков, получение новых продуктов, и наконец, очистка производственных сточных вод.

1 Литературный обзор

Способы очистки сточных вод разделяются на: механические, химические, физико-химические, биологические, термические.

Указанные методы очистки подразделяются на рекуперационные и деструктивные. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ. В деструктивных методах вещества, загрязняющие воды, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляются из воды в виде газов или осадков.

Выделяют следующие методы очистки сточных вод:

–Очистка от суспензированных и эмульгированных примесей.

1 Методы очистки от грубодисперсных примесей: отстаивание, процеживание и фильтрация, флотация, осветление во взвешенном осадке, центробежное фильтрование и отстаивание.

2 Методы очистки от мелкодисперсных примесей: коагуляция, флокуляция, электрокоагуляция, электрофлотация.

– Очистка от растворенных примесей.

1 Методы очистки от минеральных примесей: дистилляция, ионный обмен, обратный осмос, электродиализ, замораживание, реагентные.

2 Методы очистки от органических примесей.

2.1 Регенеративные: экстракция, ректификация, адсорбция, обратный осмос и ультрафильтрация.

2.2 Деструктивные: биохимические, жидкофазного окисления, парофазного окисления, окисления, радиационного окисления, электрохимического окисления.

3 Методы очистки от газов: отдувка, нагрев, реагентные методы.

– Методы устранения и уничтожения нерастворенных и растворенных примесей: устранение, закачка в скважины, захоронения, закачка в глубины морей, термическое уничтожение.

Выбор метода очистки и конструктивное оформление процесса производятся с учетом следующих факторов:

1) санитарных и технологических требований, предъявляемых к качеству очищенных вод с учетом дальнейшего их использования;

2) количества сточных вод;

3) наличия у предприятия необходимых для процесса обезвреживания энергетических и материальных ресурсов (пар, топливо, сжатый воздух, электроэнергия, реагенты, сорбенты), а также необходимой площади для сооружения очистных установок;

4) эффективности процесса обезвреживания [2].

Перед более тонкой очисткой сточные воды процеживают через решетки и сита, которые устанавливают перед отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей, которые могут засорить трубы и каналы.

Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками (комминуторы). Наибольшее распространение имеют неподвижные решетки. Решетки изготовляют из металлических стержней и устанавливают на пути движения сточных вод под углом 60-75°. Стержни могут иметь круглое или прямоугольное сечение. Стержни с круглым сечением имеют меньшее сопротивление, но быстрей засоряются, поэтому чаще используют прямоугольные стержни, закругленные со стороны входа воды, в решетку.

Рисунок 1 – Решетки с граблями для очистки: 1 – решетка; 2 – бесконечная цепь; 3 – грабли

Решетки очищают граблями, которые могут быть установлены по-разному (рисунок 1). Ширина прозоров в решетке равна 16-19 мм. Скорость сточной воды между стержнями принимается равной 0,8-1 м/с.

Снятые с решеток загрязнения направляют на переработку. Для измельчения отходов используют дробилки. Решетки-дробилки представляют собой агрегат, совмещающий функции решетки и дробилки. Дробилки измельчают отходы, не извлекая их из воды.

Для удаления более мелких взвешенных веществ, а также ценных продуктов применяют сита, которые могут быть двух типов: барабанные или дисковые. Сито барабанного типа представляет собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5-1 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность и в зависимости от подвода воды снаружи или внутрь. Задерживаемые примеси смываются с сетки водой и отводятся в желоб. Сита применяют в текстильной, целлюлозно-бумажной и кожевенной промышленности [3].

Для разделения взвешенных частиц на фракции могут быть использованы фракционаторы, основной частью которых является вертикальная сетка, разделяющая емкость на две части (рисунок 2). Диаметр отверстий сетки 60-100 мкм. Сточная вода через сопло поступает внутрь фракционатора и делится на грубую и тонкую фракции. При разделении 50-80% взвешенных частиц остается в грубой фракции.

Рисунок 2 – Фракционатор: 1 – корпус; 2 – сопло; 3 – сетка

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.

Песколовки. Их применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0,2-0,25 мм) из сточных вод. Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 м3/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки.

Горизонтальные отстойники. Они представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два и более одновременно работающих отделения (рисунок 3а). Вода движется с одного конца отстойника к другому.

Глубина отстойников равна Н = 1,5-4 м, длина 8-12 м, а ширина коридора 3-6 м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м3/сут. Эффективность отстаивания достигает 60%. Горизонтальную скорость движения воды в отстойнике принимают не более 0,01 м/с. Продолжительность отстаивания 1-3 ч.

Рисунок 3 – Отстойники: а – горизонтальный: 1 – входной лоток, 2 – отстойная камера, 3 – выходной лоток, 4 – приямок; б – вертикальный: 1 – цилиндрическая часть, 2 – центральная труба, 3 – желоб, 4 – коническая часть; в – радиальный: 1 – корпус, 2 – желоб, 3 – распределительное устройство, 4 – успокоительная камера, 5 – скребковый механизм; г – трубчатый; д – с наклонными пластинами: 1 – корпус, 2 – пластины, 3 – шламоприемник

Вертикальные отстойники. Схема вертикального отстойника одной из конструкций показана на рисунке 3б. Отстойник представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим днищем. Сточную воду подводят по центральной трубе. После поступления внутрь отстойника вода движется снизу вверх к желобу. Для лучшего ее распределения и предотвращения образования мути трубу делают с раструбом и распределительным щитом. Таким образом, осаждение происходит в восходящем потоке, скорость которого равна 0,5-0,6 м/с. Высота зоны осаждения — 4-5 м. Эффективность осаждения вертикальных отстойников ниже на 10-20%, чем в горизонтальных.

Радиальные отстойники. Они представляют собой круглые в плане резервуары (рисунок 3в). Вода в них движется от центра к периферии. При этом минимальная скорость наблюдается у периферии. Такие отстойники применяют при расходах сточных вод свыше 20000 м3/сут. Глубина проточной части отстойника — 1,5-5 м, а отношение диаметра к глубине от 6 до 30. Обычно используют отстойники диаметром 16-60 м. Эффективность их осаждения составляет 60%.

Повысить эффективность отстаивания можно путем увеличения площади отстаивания и проведения процесса осаждения в тонком слое жидкости. В последнем случае используют трубчатые и пластинчатые отстойники. При малой глубине отстаивания процесс протекает за короткое время (4-10 мин), что позволяет уменьшить размеры отстойников.

Рабочими элементами трубчатых отстойников являются трубки диаметром 25-50 мм и длиной 0,6-1 м. Трубки можно устанавливать с малым (до 5°) и большим (45-60°) наклоном. Трубчатый отстойник с небольшим наклоном работает периодически. Такие отстойники используют для осветления сточных вод с небольшим содержанием взвешенных частиц при расходах 100-10000 м3/сут. Эффективность очистки 80-83%.

В трубчатых отстойниках с большим наклоном вода проходит снизу-вверх, а осадок непрерывно сползает по дну трубок в шламовое пространство.

Пластинчатые отстойники. Они имеют в корпусе ряд параллельно установленных наклонных пластин. Вода движется между пластинами, а осадок сползает вниз в шламоприемник. Могут быть прямоточные отстойники, в которых направление движения воды и осадка совпадают; противоточные — вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно движению осадка. Наиболее распространены противоточные отстойники.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.

Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводят в гидроциклонах и центрифугах.

Гидроциклоны. Для очистки сточных вод используют напорные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяют для осаждения твердых примесей, а открытые — для удаления осаждающих и всплывающих примесей. Гидроциклоны просты по устройству, компактны, их легко oбcлуживaть. Они отличаются высокой производительностью и небольшой стоимостью. Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70%.

Многоярусные гидроциклоны. Центрифуги. Для удаления осадков из сточных вод могут быть использованы фильтрующие и отстойные центрифуги [2].

Фильтрование через фильтрующие перегородки. В качестве перегородки используют металлические перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др., а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусственного и синтетического волокна). Для химически агрессивных сточных вод наиболее пригодны металлические перегородки, изготовляемые из перфорированных листов, сеток и пластин, получаемых при спекании сплавов. по конструктивным признакам; по способу съема осадка, наличию промывки и обезвоживания осадка, по форме и положению поверхности фильтрования. В системах очистки сточных вод используют фильтры периодического действия: нутч-фильтры, листовые и фильтр-прессы и фильтры непрерывного действия: барабанные, дисковые, ленточные. Из фильтров периодического действия наиболее простыми по устройству являются нутч - или друк-фильтры. Они предназначены для разделения нейтральных, кислых и щелочных суспензий. Для разделения труднофильтруемых суспензий применяют фильтр-прессы, работающие при давлении 0,3-1,2 МПа. Листовой фильтр представляет собой емкость, в которой размещены листовые элементы. Наиболее эффективно листовые фильтры используют в процессах сгущения суспензий. Непрерывные высокопроизводительные барабанные вакуум-фильтры применяют для разделения труднофильтруемых суспензий. Дисковые фильтры предназначены преимущественно для фильтрования суспензий с невысокой скоростью осаждения твердой фазы, а также для разделения легкоиспаряющихся, вязких, окисляемых и токсичных суспензий. Фильтры с зернистой перегородкой. В процессах очистки сточных вод как правило приходится иметь дело с большим количеством воды, поэтому применяют фильтры, для работы которых не требуется высоких давлений. Исходя из этого, используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтры с фильтрующим зернистым слоем. По характеру механизма задерживания взвешенных частиц различают два вида фильтрования: 1) фильтрование через пленку (осадок) загрязнений, образующуюся на поверхности зерен загрузки; 2) фильтрование без образования пленки загрязнений. В первом случае задерживаются частицы, размер которых больше пор материала, а затем образуется слой загрязнений, который является также фильтрующим материалом. Такой процесс характерен для медленных фильтров, которые работают при малых скоростях фильтрования. Во втором случае фильтрование происходит в толще слоя загрузки, где частицы загрязнений удерживаются на зернах фильтрующего материала адгезионными силами. Такой процесс характерен для скоростных фильтров. Фильтры с зернистым слоем подразделяют на медленные и скоростные, открытые и закрытые. Высота слоя в открытых фильтрах равна 1-2 м, в закрытых 0,5-1 м. Напор воды в закрытых фильтрах создается насосами.

Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц: до 25 мг/л принимают скорость фильтрования 0,2-0,33 м/ч; при 25-30 мг/л — 0,1-0,2 м/ч. Достоинством фильтров является высокая степень очистки сточных вод. Недостатки: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от осадка. Скоростные фильтры могут быть двух типов: однослойные и многослойные. У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из одного и того же материала, у многослойных—из различных материалов.

Сточную воду подают внутрь фильтра, где она проходит через фильтрующий материал и дренаж и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят промывку подачей промывных вод снизу вверх. Дренажное устройство выполняют из пористобетонных сборных плит. На нем размещают фильтрующий материал (в 2-4 слоя) одного гранулометрического состава. Общая высота слоя загрузки равняется 1,5-2 м. Скорость фильтрования принимается равной 12-20 м/ч.

Осветлители. Их применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.

Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока — сечение I-I.

Рисунок 4 – Блок осветлителя: 1 – осветлитель; 2 – желоб; 3 –осадкоуплотнитель

Выше этого сечения образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная вода. При этом наблюдается процесс прилипания частиц взвеси к хлопьям коагулянта, осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная сода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку. Образование и уплотнение осадка в осадкоуплотнителе происходит в условиях непрерывного поступления взвеси [3].

2 Описание технологической схемы узла механической очистки сточных вод

Сточные воды завода «ИХЗК» поступают в водосборный бассейн. Здесь стоки со всего производства смешиваются аэрацией при помощи воздуходувки, а затем перекачиваются насосом и направляются в узел очистки сточных вод.

Сточная вода проходит через решетки, где происходит процеживание. Очищенная вода подается насосами дальше, а шлам, осевший на решетках, очищается граблями и направляется в шламосборник.

Вода, очищенная от крупных примесей, поступает в секцию отстаивания, где сначала в песколовке, затем в горизонтальных отстойниках происходит выделение минеральных и органических загрязнений из сточных вод под действием силы тяжести. Время пребывания стоков в них не менее 1,5 часа.

Очищенная вода направляется в осветлитель. Туда же подаётся сточная вода от производства катализаторов гидрокрекинга в качестве коагулянта. Осадок направляется в шламосборник.

Далее вода направляется на пресс-фильтр, где происходит отделение мелкодисперсной фазы. Шлам также направляется в емкость для сбора шлама.

Вода самотеком перетекает на следующие этапы очистки – на (например, на химическую или биологическую).

Принципиальная схема узла механической очистки сточных вод

Позиции:

А – решетка,

Б – песколовка,

В – горизонтальный отстойник,

Г – осветлитель,

Д – пресс-фильтр.

Потоки:

I – сточная вода от производства,

II – шлам, осевший на решётке,

III – вода на дальнейшую очистку,

IV – осадок песколовки,

V – вода на доочистку в отстойник,

VI – шлам отстойника,

VII – вода в фильтр,

VIII – шлам осветителя,

IX – сточные воды от производства катализатора гидрокрекинга в качестве коагулянта,

X – вода на фильтр,

XI – осадок фильтра,

XII – вода на дальнейшую доочистку.

3 Исходные данные

Общий расход – 70000 кг/ч [4].

4 Материальный баланс

Решетка.

Эффективность решётки по твёрдой фазе – 50%, по взвешенным веществам – 15%, по солям – 5%.

Влажность осадка – 30 %.

Материальный баланс решетки представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Материальный баланс решетки

Песколовка.

Эффективность песколовки по твёрдой фазе – 60%, по взвешенным веществам – 55%, по солям – 10%.

Влажность осадка – 50 %.

Материальный баланс песколовки представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Материальный баланс песколовки

Горизонтальный отстойник

Эффективность отстойника по твёрдой фазе – 70%, по взвешенным веществам – 70%, по солям – 15%.

Влажность осадка – 50 %.

Материальный баланс отстойника представлен в таблице 3.

Таблица 3 – Материальный баланс отстойника

Осветлитель

Эффективность осветлителя по твёрдой фазе – 90%, по взвешенным веществам – 90%, по солям – 20%.

Влажность осадка – 40 %.

Материальный баланс осветлителя представлен в таблице 4.

Таблица 4 – Материальный баланс осветлителя

Пресс-фильтр

Эффективность пресс-фильтра по твёрдой фазе – 90%, по взвешенным веществам – 90%, по солям – 30%.

Влажность осадка – 50 %.

Материальный баланс осветлителя представлен в таблице 5.

Таблица 5 – Материальный баланс осветлителя

6 Контроль производства

Под техническим контролем понимают область, автоматически охватывающую методы и средства наблюдения за тем или иным производственным процессом, за состоянием или за работой отдельных аппаратов.

Параметры контроля и регулирования выбирают с учетом технологического режима.

В качестве контролируемых и регулируемых параметров выбирают те, которые обеспечивают устойчивость работы очистных сооружений и требуемое количество очистки стоков.

Основными контролируемыми параметрами являются уровень жидкости, расход сточных вод, величина рН среды и температура.

При выборе приборов контроля и регулирования руководствуются такими требованиями как надежность, точность, приспособленность к измеряемой среде, удобство в эксплуатации. [4]

Заключение

В ходе работы была предложена принципиальная схема узла механической очистки сточных вод производства катализаторов. Схема проста и удобна. Эффективность всего узла по твёрдой фазе – 99,94%, по взвешенным веществам – 99,86%, по солям – 80,47%.

Таким образом, можно сделать вывод, что схема технологична, имеет высокую эффективность очистки сточных вод от механических примесей.

Список использованных источников

1 Н.Н. Михеев, Водохозяйственная политика РФ и пути её реализации, статья, ВСТ №5, – 2000

2 Лапицкая М.П., Зуева Л.И., Балаескул Н.М., Кулешова Л.В. Очистка сточных вод. - Минск : Высшая школа, 1983. – 256 с.

3 Яковлев С.В., Корелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. – М.: Стройиздат, 1985. – 336 с.

4 Технологический регламент ОАО ² Ишимбайский химический завод катализаторов ².