Расчет первичного отстойника КОС 60 м3/час

Содержание
Введение4
1 Характеристика ООО «ИЗТМ ‒ Инжиниринг»6
1.1 Общая характеристика предприятия6
1.2 Характеристика сточных вод предприятия8
2 Технология очистки стоков машиностроительного предприятия16
2.1 Модернизация технологической схемы20
3 Расчет отстойника23
4 Расчёт экономического эффекта природоохранных мероприятий28
Заключение31
Список использованных источников32
Введение
Машиностроительные предприятия имеют весьма широкую номенклатуру по отраслям. К ним относятся авиационные, автомобильные, транспортные, станкостроительные, электромеханические и другие заводы. Для всех этих предприятий, независимо от выпускаемых изделий, общим являются основные технологические процессы и цехи: механические, инструментальные, кузнечно-прессовые, сборочные и др. Вместе с тем, производства данного профиля находятся практически во всех городах страны, особенно в промышленных центрах.
Большое разнообразие промышленных процессов и большие производственные объёмы делают предприятия машиностроения источниками разнообразных загрязнений атмосферы, почвы и водных объектов. Так, в России на машиностроительные заводы приходится 32% промышленных загрязнений атмосферы [1]. Ряд исследований [2-4] демонстрирует, что машиностроительные предприятия оказывают значительное негативное влияние на водоёмы, в которые сбрасываются сточные воды. Подобные результаты исследований вод и воздуха объясняется тем, что современным очистным оборудованием предприятия отрасли оснащены всего лишь на 30-50% [1].
Ряд исследований, посвящённых качеству воды Иркутской области, выявил достоверное ухудшение санитарно-гигиенических показателей воды из подземных и поверхностных источников воды. Так, в 2015 году в сельских территориях в среднем 7,1% проб водопроводной воды не соответствовало нормативным требованиям к питьевой воды, для нецентрализованных источников доля была значительно выше – 26,4%. При этом было отмечено высокое содержание железа, марганца, магния и нитратов, в некоторых районах кратность превышения ПДК достигает 22, в среднем кратность составляет 5,8 [5]. По другим данным, на состояние 2017 года требованиям нормативов не соответствовало 13,7% централизованных источников воды и 19,8% подземных [6].
Частично низкое качество воды в области объясняется факторами природного характера: повышенным содержанием в воде водоносных горизонтов соединений железа, марганца, сероводорода, сульфатов, сухого остатка, кремния, а также ненадлежащим состоянием зон санитарной охраны источников – повышенное содержание нитратов и азота аммонийного, фтора и хлоридов [7]. Ответственность за эти нарушения лежит на предприятиях, осуществляющих забор, очистку и распределение воды. А вот превышение норм по ХПК, БПК, нефтепродуктам и окраске является следствием деятельности промышленных предприятий, в числе которых оказывается предприятие ООО «ИЗТМ - Инжиниринг» [8].
Таким образом, целью данной работы является разработка метода снижения сбросов загрязняющих веществ со сточными водами предприятия. В задачи данной работы входит:
Изучение структуры и деятельности предприятия;
Изучение характеристик региона, значимых для процессов очистки сточных вод;
Изучение состава сточных вод предприятия и оценка их потенциальной опасности для окружающей среды;
Выбор мероприятий для повышения эффективности очистки воды;
Расчёт отстойника;
Оценка экономической эффективности мероприятий.

1 Характеристика ООО «ИЗТМ - Инжиниринг»
1.1 Общая характеристика предприятия
Иркутский завод тяжелого машиностроения был основан в 1907 году непосредственно на территории Иркутска. В настоящий момент завод зарегистрирован по адресу: Иркутская область, город Иркутск, улица Октябрьской Революции, 1 пом. 19 (рисунок 1). Предприятие расположено в пойме р. Ушаковка, в Правобережном административном округе города на территории, ограниченной с восточной стороны ул. Фридриха Энгельса, с северной стороны – Набережной р. Ушаковка, с западной стороны – территорией ООО «Иркутская нефтяная компания», с южной стороны – ул. Октябрьской Революции. Численность работников предприятия на 2020 г. составляла около человек. Производственные подразделения предприятия занимают площадь 4 гектара или 40 000 м2 (рисунок 2) [9].

Рисунок 1. Расположение предприятия в городе (фиолетовая область ‒ территория предприятия)

Рисунок 2. Организация производства ООО «ИЗТМ-Инжиниринг»: 1 – механосборочный цех; 2 – административный корпус; 3 – литейный цех; 4 – обрубочных цех; 5 – кислородная станция; 6 – лаборатория экспресс-анализа металла; 7 – автотранспортный цех; 8 – модельный цех; 9 – проходная; 10 – склад металлопроката
Основной вид деятельности предприятия ‒ производство машин и оборудования для металлургии. Помимо этого, завод выпускает станки, готовые металлические изделия, детали машин и оборудования, детали и части автомобилей, занимается оптовой и розничной торговлей собственной продукцией [10].
На своём официальном сайте предприятие предлагает следующие виды продукции:
Дражное оборудование: драги и дражные агрегаты (грохоты, лебёдки, краны, свайные механизмы и др.), а также услуги по модернизации готового оборудования;
Промывочное оборудование;
Запчасти для измельчительного оборудования;
Горно-обогатительное оборудование: сгустители, смесители, классификаторы, пульпоотделители и др.;
Горно-шахтное оборудование;
Оборудование для черной металлургии: доменное оборудование (горелки, фильтры, скрубберы), сталеплавильное оборудование и оборудование для мартеновских печей, а также разливочные машины для чёрных металлов;
Оборудование для цветной металлургии (машины для переработки меди);
Оборудование для коксохимического производства: грохоты, затворы;
Волочильное оборудование: правильные, острильные машины, трубоволочильный стан;
Нестандартное оборудование ‒ оборудование под индивидуальны заказ, не предназначенное для массового производства
Транспортное оборудование (рельсовый транспорт);
Металлоконструкции и резервуары.
Таким образом, предприятие является поставщиком оборудования для металлургической, золотодобывающей, нефтяной, горно-обогатительной отрасли, в частности, для компаний ОАО «ГМК «Норильский никель», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ООО «ЕвразХолдинг», Объединенная компания РУСАЛ, АК Алроса, ОАО «Лензолото», ОАО «Сусуманзолото», ОАО «Мечел», ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ОАО «Северсталь» и других; география поставок: Россия, Монголия, Украина, Беларусь, Казахстан, Германия, Индия и др. (более 25 стран мира). Производственные мощности предприятия позволяют изготавливать продукцию на 1,5 млрд руб. в год [9, 11].
1.2 Характеристика сточных вод предприятия
По своему происхождению и видам загрязнений сточные воды машиностроительного предприятия делятся на несколько категорий:
I категория – чистые, образующиеся в процессах охлаждения основного технологического оборудования; составляют от 50 % до 80 % от общего водопотребления;
II категории – загрязненные механическими примесями и маслами, на которые приходится 10-15% потреблённой воды. Они образуются в результате промывки готовых изделий в сборочном, кузнечно-прессовом, сварочном и других цехах и в среднем содержат до 300 мг/л механических примесей, 50-400 мг/л масел;
III категория – химически загрязненные кислотами, щелочами, растворами солямей сточные воды гальванических производств в количестве от 5 % до 10 % общего водопотребления в зависимости от профиля предприятия. Их источником являются как процессы электрохимического нанесения покрытий, так и процессы реагентной подготовки воды.
IV категория – отработавшие смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или эмульсии, составляют около 1 % от общего потребления воды и представляют собой концентрированные маслосодержащие сточные воды. Такие воды образуются в механосборочном и гальванических производствах, на участках металлопокрытий и окраски изделий;
V категория – шламосодержащие сточные воды вентиляционных систем, их доля ‒ от 10 % до 20 % в водопотреблении. Источниками их образования являются процессы очистки вентиляционных выбросов предприятия и грануляции шлака в литейном производстве;
VI – поверхностно-дождевые стоки с территории предприятия [12].
Смешение сточных вод различных категорий зачастую способно привести к усложнению и удорожанию схемы очистки, поэтому их рекомендуется очищать раздельно. В наибольшей степени это относится к гальваностокам, для очистки которых устанавливают отдельные станции, а также к водам I категории, которые могут быть использованы в оборотном водоснабжении без глубокой предварительной очистки.
Поскольку состав сточных вод формируется технологическими процессами предприятия, характер стоков и схема их очистки во много зависят от профиля предприятия и от цеха. Так, литейные цехи являются источником образования неорганических суспензий, состоящих из глины, песка, золы и связующих добавок формовочной смеси. Концентрация этих веществ изменяется в широких пределах в зависимости от применяемого оборудования, исходных формовочных материалов и может достигать значений 5000 мг/л. Характеристика образующейся взвеси представлена в таблице 1.
Таблица 1. Дисперсный состав осадка сточных вод литейного цеха [13]
SiO2 Fe2O3 АlО3 СаОMgOЛетучие вещества
Массовая доля, % 80,6 1,99 2,44 6,9 0,8 7,27
Диаметр частиц, мкм250-102 102-40 40-25
25-10 10-4
4-2,5 2,5-1,6 1,6-1 < 1
В механических цехах в результате резки, фрезеровки, шлифовки, обдирки и других процессов механической обработки металла образуются сточные воды, богатые минеральными маслами, мылами, металлической и абразивной пылью и эмульгаторами. Источником эмульгаторов и масел являются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), применяемые при обработке деталей на металлорежущих станках, соответственно, мыла, абразивная пыль и металлическая стружка попадают в стоке при отмывке готовых изделий.
Сточные воды прокатных цехов содержат в основном минеральные масла и окалины, характеристики которых во многом зависят от метода шлифования. Так, черновое шлифование сопровождается образованием шламов с плотностью 4075 кг/м3, чистовое ‒ 3150 кг/м3, размер частиц при этом снижается: металлических ‒ от 0,8 до 0,5 мм, абразивных ‒ от 0,5 до 0,32. В шламах, полученных в процессе чернового шлифования, доля металлических частиц ‒ 95,5%, и она снижается при чистовом до 90,5% за счёт увеличения доли отработанного абразива [13]. Аналогичные загрязнения, но в меньших концентрациях, содержатся в сточных водах штамповочных и кузнечно-прессовых цехов [14].
В кузнечно-прессовых и прокатные цехах сточных воды образуются в процессе охлаждения оборудования, поковок и обработки помещения. Основные примеси таких стоков: окалина, пыль, масла. Окалина образуется
на поверхности прокатываемого металла и убирается гидросбивом и гидросмывом. Например, при прокатке металлов на крупносортных, средне- и мелкосортных прокатных станах образуется соответственно до 2, 3 и 4% окалины от массы прокатываемого металла; при этом масса частиц размером более 1 мм составляет примерно 90 % массы всей окалины. Её содержание в стоках варьирует в пределах от 300 до 2000 мг/л в зависимости от вида продукции, объемная масса при влажности 15 % составляет в среднем около 2,6 т/м3 [13].
Сложность очистки таких стоков обусловлена тем, что неполярная фракция масел представлена в виде плёнки лишь частично, а частично ‒ в виде стабильной мелкодисперсной низкоконцентрированной эмульсии, стабилизированной эмульгаторами.
В гальванических цехах вода используется для приготовления растворов электролитов, промывных операций перед нанесением покрытий и перед сушкой деталей, для наполнения ванн улавливания загрязняющих веществ, а также промывки деталей после нанесения гальванических покрытий. Основные виды загрязнений сточных вод гальванических цехов: сильные минеральные кислоты, цианиды, цианы, щелочи, катионы цветных металлов.
В остальных цехах машиностроительных предприятий (сборосварочных, монтажных, испытательных, лакокрасочных и т. п.) сточные воды содержат механические примеси, маслопродукты, кислоты и другие компоненты, однако концентрации этих веществ значительно ниже, чем в вышеуказанных видах производств [14]. Концентрации загрязнителей сточных вод рассмотренных цехов представлены в таблице 2.
Таблица 2. Состав сточных вод цехов и учатсков машиностроительного предприятия [13]
Тип цехов и участков Виды сточных вод Т, °С Основные примеси Концентрация ЗВ, кг/м3
Литейные От влажной газоочистки 65 Мелкодисперсная минеральная пыль
Песок, частицы шлака
Песок, окалина, глина
Органические вещества 2-4
20 - 40
0,5- 15
0,05
От грануляторов стержневых смесей 50 От гидровыбивки литья 15-30 Кузнечно- прессовыеОт охлаждения поковок и оборудования 30-40 Взвешенные вещества минерального происхождения
Окалина
Масла 0,1-0,2
5-8
10-15
Металлур-гическиеОт охлаждения поковок и оборудования 40-45 Взвешенные вещества Масла 0,01-0,05
0,01
Травильные Промывные воды 15-25 Механические масла Эмульсии
Щелочи
Кислоты 0,4
0,05-0,1
0,02-0,2
0,02-0,25
Отработанные растворы Механические масла Эмульсии
Щелочи
Кислоты 10-20
10
20-30
30-50
Механи-ческиеОтработанные
СОЖ 15-25 Взвешенные вещества
Сода 0,2-1
5-10
Из гидрокамер окрасочных отделений Масла
Органические растворители
Масла
Краска 0,5-2
0,1-0,2
0,1 -0,3
0,1-0,2
Из отделений гидравлических испытаний Взвешенные вещества 0,03-0,05
Гальвани-ческиеПромывные воды 20-30 Хром
Цианиды 0,005-0,2 0,005-0,15
Отработанные электролиты Тяжёлые металлы
Кислоты
Щёлочи
Масла
Хром
Цианида 0-10
0,04-20
0,02-30
0,02-0,05
5-200
10-100
Данные, полученные в исследованиях подземных и поверхностных источников Иркутска, косвенно демонстрируют несовершенство очистки промышленных стоков от нефтепродуктов [8]. Соответственно усилия по модернизации очистки сточных вод должны быть направлены в первую очередь на очистку воды от этих компонентов, а именно ‒ на более глубокую очистку СОЖ-содержащих стоков, которые составляют 40-60% общезаводского стока крупных предприятий [15].
В составе концентрата любого вида СОЖ выделяют следующие компоненты (усредненные значения): индустриальное масло – 40 %, в том числе углеводороды: парафины – 50 %; изопарафины – 20 %; нафтены – 30 %; олеиновая кислота – 30 %; триэтаноламин – 20 %; ПАВ (неионогенные АМН 10 или ЭС-3) [15]. Остальной объём жидкостей приходится на присадки, среди которых могут быть:
животные жиры, растительные масла, синтетические сложные эфиры, органические кислоты;
галогеносодержащие, серосодержащие, фосфорсодержащие, азотсодержащие органические и неорганические вещества;
комплексные металлорганические соединения;
растворимые в маслах или воде полимеры;
органические и неорганические наполнители;
другие химические соединения [16].
Отработанные СОЖ обычно содержат 80-95% воды, могут содержать до 10 % мелкодисперсных твердых примесей, до 6% поверхностно-активных веществ и, как правило, имеют высокую величину показателя химического потребления кислорода (ХПК), поскольку содержат большое количество различных органических соединений. Эти соединения практически не окисляемы биологическим путем; трудно поддаются обезвреживанию и другими приёмами. За счёт них отработанные СОЖ становятся в 15-30 раз более токсичными для живых организмов, чем свежие [17]. С гигиенической точки такие жидкости относятся к 3 классу опасности. Значение ПДК одного из ее основных компонентов – минерального масла – в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет 5 мг/м3, ЛД50 = 7000 мг/кг [Храмова]. При этом необходимо помнить, что токсиканты имеют синергический эффект, поэтому летальная доза СОЖ будет ниже, чем чистого минерального масла.
Воздействие отработанных СОЖ представляет большую опасность как для человека, так и для окружающей среды. Так, доказано, что воздействие СОЖ на человека в условиях производства может привести к возникновению ряда профессиональных заболеваний: дерматитов, масляных фолликулитов, которыми страдают от 80 до 100% рабочих металлообрабатывающей промышленности, встречаются и экземы. Отмечено, что не все СОЖ вызывают такие реакции, а только те, что содержат аллергены: щелочи, скипидар, керосин и другие присадки аллергического действия [18].
Также работы отечественных ученых подтверждают тот факт, что аэрозоли нефтяных масел, входящие в состав СОЖ, могут привести к поражению организма вплоть до липоидной пневмоники, изменить нервную и сосудистую системы, способствовать снижению имуннобиологической реактивности. Пары входящих в их состав углеводородов обладают наркотическим действием, триэтаноламин, нитрид натрия способствует нарушению газового обмена в организме человека и поражению мышц сердца.
Загрязнение окружающей среды компонентами этих жидкостей происходит как в результате их попадания в сточные воды, так и в результате испарения в ходе обработки. При этом образуются токсичные вещества: диоксид серы, органические соединения хлора и тяжелых металлов, которые распространяются как в производственном помещении, так и в окружающую среду. Наиболее опасно испарение синтетических масел, а при испарении масел, содержащих полихлордифенилы (ПХД), образуются еще более токсичные соединения – полихлордибензодиоксины и полихлордибензофураны [19].
Авторами [16] предпринята попытка обобщить патологии человека, вызываемые СОЖ, и ранжировать различные марки по степени опасности для человека (таблица 3).
Таблица 3. Комплексная оценка токсического воздействия СОЖ на биосферу в баллах [16]
Наименование показателя оценки Марки СОЖ
АВТОКАТ Ф-78 АВТОКАТ Ф-40 ВЕЛС- 1М ТОСОЛ ОИЗ ТОСОЛ ОИЗ «НК» тосол-АМТОСОЛ тс
Класс опасности СОЖ 2 1 1 2 2 2 2
Раздражающее действие на глаза 2 1 2 1 2 2 2
Кожно-резорбтивное действие 0 0 2 1 2 2 2
Сенсибилизирующее действие 0 0 0 2 2 2 2
Токсичные вещества, выделяемые при эксплуатации СОЖ 3 2 2 2 2 2 2
Токсичность при внутрижелудочном введении 1 1 2 1 1 1 1
Суммарный балл 8 5 9 9 11 11 11
К сожалению, исследования токсического влияния на гидробионтов и отдельные их группы в условиях, приближенных к природным, отсутствуют. Отсутствуют и исследования химического состава отработанных масел, которые бы позволили оценить токсичность жидкости, по крайней мере, аддитивным методом, без учёта взаимодействий между токсикантами. Эта ситуация вызывает тревогу в связи с тем, что представляемая СОЖ опасность для живых организмов и водных экосистем может быть значительно недооценена. Тем не менее, существующие исследования токсичности свежих смазочно-охлаждающих жидкостей для тест-организмов убедительно демонстрируют гипертоксичность этих средств и доказывают необходимость тщательной очистки сточных вод [20].

2 Технология очистки стоков машиностроительного предприятия
Технологическая схема очистки промышленных сточных вод машиностроительного предприятия включает в себя несколько этапов, предназначенных для последовательного удаления грубых механических примесей и масляных плёнок на поверхности, коллоидов, а после ‒ растворённых веществ. В таблице 4 представлены основные методы очистки стоков от разных классов загрязнителей.
Таблица 4. Основные методы очистки промышленных стоков [21]
Классы загрязнений сточных вод Группа показателей (идентификатор) Основные методы очистки
Грубодисперсные взвешенные частицы Взвешенные вещества с размером частиц более 0,5 мм Просеивание, первичное отстаивание без реагентов, фильтрация
Грубодисперсные эмульгированные частицы Капельные загрязнения, органические вещества, несмешивающиеся с водой Гравитационная сепарация, фильтрация, флотация, электрофлотацияМикрочастицы Взвешенные вещества с размером частиц более 0,01 мм Фильтрация, коагуляция, флокуляция, напорная флотация
Стабильные эмульсии Нефтепродукты в количестве более 5 мг/л, вещества, экстрагируемые эфиром Объемно-тонкослойная седиментация, напорная флотация, электрофлотация, коалесценцияКоллоидные частицы Размер частиц 0,1-10 мкм Микрофильтрация, электрофлотация.
Агрессивность среды pH, общая щелочность, общая кислотность Нейтрализация
Масла Концентрация масел в сточных водах более 10 мг/л Гравитационная сепарация, флотация, электрофлотацияФенолы Концентрация фенолов в стоках 0,5-5 мг/л Биологическая очистка и химическое окисление (озон), адсорбция на угле
Концентрация фенолов в сточных водах 5-500 мг/л Биологическая очистка и флотация, коагуляция и химическое окисление (озон, хлор)
Высокое содержание органики БПК/ХПК > 0,5 Биохимическая очистка, сорбционная очистка
Ионы тяжелых и цветных металлов Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Fе (общая), Cd2+ порядка 1-100 мг/литр Реагентный метод, ионный обмен, электрокоагуляция, мембранный электролиз,гальванокоагуляция, электрофлотацияТаблица 4 продолжение
Цианиды Концентрация CN в сточных водах порядка 1-10 мг/л Химическое окисление, электролиз, электрофлотация, обратный осмос, ионный обмен, адсорбция.
Хром (VI) Концентрация Сr6+ в стоках порядка 1-100 мг/л Гальванокоагуляция,электрокоагуляция,электрохимическое восстановление, реагентный метод и электрофлотацияХром (III) Концентрация Сr6+ в стоках порядка 1-100 мг/л Осаждение и фильтрация, осаждение и центрифугирование, ионный обмен, электрофлотацияХлориды Концентрация хлоридов > 300 мг/л Электродиализ, обратный осмос
Общее солесодержание сточных вод Концентрация солей порядка 1-1000 мг/л Обратный осмос, электродиализ, ионный обмен, дистилляция, выпаривание
При использовании реагентно-флотационного метода к сточной воде добавляют 1-3 мг/л сернокислого алюминия. СОЖ-содержащие сточные воды после предварительного отстаивания, удаления осадка и свободных масел поступают в напорный флотатор. При необходимости флотация может быть повторена неоднократно. К недостаткам схемы можно отнести высокий расход реагента, а также образование загрязнённых шламов, при этом глубина очистки ‒ до 15-20 мг/л масел.
В процессе реагентно-сепарационного метода (центрифугирования) очистка осуществляется по схеме: усреднение и отстаивание стока – подкисление до рН=1-2 – удаление всплывших свободных масел обработка подкисленного стока в центрифуге или сепараторе. Концентрация масел в очищенной воде 25-50 мг/л. Главный недостаток схемы ‒ потребность в больших объемах кислот для подкисления стока, а так же расход реагентов на их нейтрализацию, удорожание оборудования из-за исполнения из более дорогих кислотоустойчивых сплавов и при этом меньший эффект очистки, чем при реагентной флотации.
Электрокоагуляционный метод применим для разрушения эмульсий любых типов в электролизерах с алюминиевыми электродами. Схема очистки включает последовательно усреднение стоков, предварительное отстаивание, при котором удаляются взвешенные вещества и свободные масла, подкисление до рН=5-6, обработку в электролизере с удалением пены, отстаивание и фильтрацию. Остаточное содержание масел в очищенной воде 15-20 мг/л, при необходимости дальнейшая доочистка может производиться с потоком вод II категории.
В последние годы для очистки сточных вод IV категории начали применяться мембранные методы, в частности, гиперфильтрация. Такая схема очистки включает предварительное отстаивание в нефтеловушках, фильтрование, затем мембранную очистку. В зависимости от состава сточных вод может потребоваться введение коагулянтов и флокулянтов (при плохо отстаивающихся взвешенных веществах или при их высокой концентрации), а также микрофильтрация для обеспечения надёжности работы мембранного оборудования. В очищенной воде содержание масел составляет до 15-20 мг/л, а в полученных концентратах – 150-500 мг/л.
В некоторых случаях сточные воды категории IV подкисляют до рН=6,6-6,9 и смешивают со сточными водами категории II [12].
Принципиальная схема очистки сточных вод от эмульгированных минеральных масел и взвешенных веществ представлена на рисунке 3.


Рисунок 3. Схема очистки сточных вод предприятий машиностроительной промышленности от механических примесей и масел: 1 ‒ усреднитель; 2 ‒ песколовка; 3 ‒ электрокоагуляторы; 4 ‒ напорные флотаторы; 5 ‒ коагуляторы; 6 ‒ маслосборник; 7 ‒ установка обезвоживания масел; 8 ‒ отстойники; 9 ‒ фильтр доочистки; 10 ‒ резервуары очищенной воды; 11 ‒ песковые площадки; 12 ‒ уплотнители осадка; 13 ‒ установка обезвоживания осадка; 14 ‒ установка стабилизационной обработки воды [22]Стоки, загрязнённые механическими примесями и маслами, поступают в усреднитель 1, а затем в песколовку 2. Осадок из песколовки направляется на песковые площадки 11. Дальнейшая очистка воды может осуществляться по нескольким вариантам с использованием электрокоагуляции (электрокоагулятор 3), напорной флотации (флотатор 4), реагентной коагуляции (коагулятор 5). Дальнейшее отстаивание происходит в горизонтальных и вертикальных полочных отстойниках или нефтеловушках 8 не менее 2 часов. Осадок после отстаивания уплотняется в уплотнителе 12 и обезвоживается на установке для обезвоживания 13 (фильтр-пресс). Отстоенная вода идёт на песковые площадки 11, откуда выделившаяся вода возвращается на смешение с потоком исходной воды в усреднитель 1. Туда же поступает вода после обезвоживания осадка на фильтр-прессе 13.
Доочистку воды проводят в фильтрах 9 с синтетическим или другими волокнистым материалом, фильтры могут быть встроены в отстойники или нефтеловушки. Очищенная вода накапливается в резервуаре 10 и возвращается в производство. Стабилизационная очистка воды заключается в её хлорировании из установки 14. Часть очищенной воды идёт на промывку фильтров 9, промывные воды подвергаются очистке совместно с исходной водой.
Масла, выделенные в песколовке и отстойнике-нефтеловушке, собираются в маслосборнике 6, а затем обезвоживаются в установке 7 путём подогрева их до температуры от 70°С до 80°С, а затем регенерируются или сжигаются [22].
2.1 Модернизация технологической схемы
Для снижения в очищенных сточных водах взвешенных веществ, органических соединений и показателя БПКполн целесообразно в предложенную схему внедрить первичный отстойник.
Отстойник используется для удаления оседающих грубодисперсных веществ. Различают первичные отстойники, которые устанавливают перед сооружениями биологической или физико-химической очистки, и вторичные отстойники – для выделения активного ила или биопленки. В зависимости от направления движения потока воды отстойники подразделяют на горизонтальные, вертикальные и радиальные. К отстойникам относят и контактные осветлители, в которых одновременно с отстаиванием сточная вода фильтруется через слой взвешенного осадка, а также осветлители-перегниватели и двухъярусные отстойники, где одновременно с осветлением воды происходит уплотнение выпавшего осадка [23]. Сравнительные характеристики сооружений данного типа приведены в таблице 5.
Таблица 5. Характеристики отстойников [23]
Отстойники Производительность очистной станции, тыс. м3/сутЭффект осветления, %
Горизонтальные 15-100 50-60
Вертикальные 2-20 40
С нисходяще-восходящим потоком 2-20 60-65
Радиальные Свыше 20 50-55
С вращающимся сборно-распределительным устройством Свыше 20 80
Тонкослойные ‒ 65
Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные в плане резервуары, разделенные продольными перегородками на несколько отделений. Поток воды в них движется горизонтально, глубина сооружений достигает 1,5-4 м, отношение длины к глубине 8-12 (до 20). Ширина отстойника зависит от способа удаления осадка и обычно находится в пределах 6-9 м. Для транспортировки осадка применяются скребковые механизмы тележечного или ленточного типа, сдвигающие выпавший осадок в приямок. Объем приямка равен двухсуточному (не более) количеству выпавшего осадка. Из приямка осадки удаляют насосами, гидроэлеваторами, грейферами или под гидростатическим давлением [23, 24].
К достоинствам таких конструкций отстойников относятся: высокий эффект осветления по взвешенным веществам и возможность их блокирования с аэротенками, к недостаткам – повышенный расход железобетона по сравнению с круглыми отстойниками, большая площадь сооружений по сравнению с другими сооружениями и неудовлетворительная работа механизмов для сгребания осадка, особенно в зимний период.
Вертикальные первичные отстойники предназначены для осветления бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод (а также их смеси), содержащих грубодиспереные примеси. Это круглые в плане резервуары диаметром 4-9 м с коническим днищем. Достоинствами вертикальных сооружений является простота конструкции, удобство в эксплуатации, надёжность, отсутствие механизмов транспортировки осадка, недостатком – большая глубина сооружений [23, 24]. Это значит, что их применение ограничивается особенностями рельефа и глубиной залегания водоносного горизонта.
Радиальные отстойники имеют круглую в плане форму резервуаров, применяются при расходах сточных вод более 20 тыс. м3/сут. По тому, как сточная вода в них подаётся на очистку, выделяют: отстойники с центральным впуском, с периферийным впуском и с вращающимися сборно-распределительными устройствами. Наибольшее распространение получили отстойники с центральным впуском жидкости. Диаметр типовых радиальных отстойников составляет 18-50 м. По сравнению с горизонтальными они имеют преимущества: простота, надежность эксплуатации, низкая материалоёмкость, экономичность, возможность строительства сооружений большой производительности. К недостаткам относят наличие подвижной фермы со скребками и большую занимаемую площадь [23, 24].

3 Расчет первичного отстойника
Количество сточных вод – 900 000 м3/год;
Производительность отстойника ‒ 42 м3/час.
Качественный и количественный состав сточных вод представлен в таблице 6.
Таблица 6. Состав сточных вод предприятия
Вещество До очистки После очистки ПДК
Сульфиды 100 12 0,001
Аммиак 130 42 0,05
Медь 105 21 0,1
Фенол 0,016 0,002 0,001
Ацетон 3 0,7 0,04
Хлориды 887,92 110,99 0,001
Взвеш.в-ва (волокно) 21000 420 6
БПКполн334 6 3
На основании производительности очистной станции, габаритов сооружений, территориальных особенностей расположения предприятия и его возможностей в настоящий момент в технологическую схему целесообразно внедрять вертикальный отстойник. Вместе с тем, необходимо обеспечить эффективную очистку от взвешенных веществ (98%), поэтому в сооружения должны быть внедрены блоки тонкослойного отстаивания, которые позволяют повысить эффективность сооружений до 65%.
С учётом того, что первичный отстойник в выбранной схеме следует после песколовки, конструкция и эффективность очистки воды в песколовке по взвешенным веществам имеет значение для расчёта. Для станций производительностью до 10 тыс. м3/сут рекомендуется применять тангенциальные и вертикальные песколовки, для станций прооизводительностью свыше 10 тыс. м3/сут ‒ горизонтальные, а свыше 20 тыс. м3/сут ‒ аэрируемые. Исходя из этого, на предприятии должна применяться вертикальная песколовка, эффективность работы которой по взвешенным веществам составляет 50% [23].
1. При расчёте конструктивных параметров сооружений в первую очередь определяют гидравлическую крупность частиц:
u0=1000×K×Hα×t(K×H/h)n-ω(3.1)
где u0 – расчётное значение гидравлической крупности задерживаемых в отстойнике частиц, мм/с;
α – коэффициент, учитывающий влияние температуры воды на ее вязкость; принимается по табл. 4.23 [25] для среднемесячной температуры сточных вод 25 °C (с учётом остывания воды их цехов при транспортировке по трубопроводам);
H – глубина проточной части в отстойнике, определяемая по табл. 1.13 [21] для выбранного типа отстойника;
K – коэффициент использования объема проточной части отстойника, определяемый по табл. 1.13 [23];
tset – продолжительность отстаивания, соответствующая эффекту очистки сооружения (без учёта внесения коагулянтов и тонкослойных модулей), принимается по табл. 4.24 [25];
n – показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе осаждения, для сточных вод с крупным плотным минеральным осадком равен 0,6 [25];
h – глубина слоя 0,5 м;
ω – вертикальная составляющая скорости движения воды в отстойнике, принимается по табл. 4.25 [25], равна 0 при скорости движения воды 5 мм/с.
u0=1000×0,35×2,70,9×60×2,7×0,350,50,6-0=11,944 мм/с2. Радиус отстойника определяется по формуле:
R=Q/n3,6πKu0(3.2)
где К – коэффициент, зависящий от типа отстойника и конструкции водораспределительных и водосборных устройств; принимается равным 0,35 для вертикальных отстойников;
Q – расчетный расход сточных вод, м3/ч;
Q=900000/365/24=102,74 м3/чn ‒ число сооружений; принимается исходя из заданной производительности и часового расхода воды:
n=102,7442≈3R=102,74/33,6×3,14×0,35×11,944=0,9 мСледовательно, диаметр каждого сооружения составит 1 м.
3. Далее рассчитывается диаметр центральной трубы den, раструба dр и отражательного щита dщ:
(3.3)
(3.4)
(3.5)
где qmax – максимальный секундный расход сточных вод (принят равным 1,5q = 1,5 × 0,043 = 0,0645), м3/с;
ven – скорость движения рабочего потока в центральной трубе, 0,05 м/с;
4. Диаметр den округляется до сортаментного значения.
den=4×0,06453,14×3×0,05=0,74 мdp=1,35×0,74≈1мdщ=1,3×1=1,3 м5. Рассчитывается высота щели между низом центральной трубы и поверхностью отражательного щита H1:
(3.6)
где vщ – скорость движения в щели, равная 0,02 м/с.
H1=0,06453,14×3×1×0,02=0,34 м6. Определяется общая высота цилиндрической части отстойника Hц:
(3.7)
где H2 – высота нейтрального слоя между низом отражательного щита и слоем осадка, равная 0,3 м;
H3 – высота борта отстойника, равная 0,5 м.
Hц=2,7+0,34+0,3+0,5=3,84 м7. Рассчитывается высота конусной части отстойника Hк:
(3.8)
где α – угол наклона конического днища, равный 55º.
Hк=0,5×1,8×1,43=1,29 м8. Рассчитывается общая высота отстойника H:
(3.9)
H=3,84+1,29=5,139. Определяется суточное количество осадка, задерживаемое в отстойниках Qmud:
(3.10)
где Q – суточный расход сточных вод, м3/сут;
pmud – влажность осадка, равная 94...96%;
γmud – плотность осадка, равная 1 г/см3;
Cen – количество взвешенных веществ в воде, подаваемой на очистку, мг/л;
Cex – количество взвешенных веществ после отстаивания, мг/л.
Qmud=2465,75×(10500-3675)(100-95)×1×10000=420,72 м3/сут10. Площадь поперечного сечения полочного пространства вычисляется по формуле:
F=Qυ(3.11)
Q – расход сточной воды, м3/ч;
υ – скорость потока сточной воды в секциях тонкослойного отстойника, м/ч, принимается равной 10u0.
F=102,7410×11,944=0,29 м211. Высоту полочного пространства H рекомендуется принимать 1-2 м. При этом его ширина составит:
B=F/H(3.12)
B=0,29 /1=0,29 мУгол наклона полок – 50°.
12. Необходимую продолжительность отстаивания, ч, определяют из уравнения:
tp=hcu0(3.13)
где hc – высота секции в тонкослойном отстойнике, 50-150 мм.
tр=6011,944=12,56 секДлину полочного пространства определяют из выражения:
(3.14)
где К – коэффициент запаса, равный 1,1-1,5;
L=1,5×12,563600×10×2,684=0,4 м
4 Расчёт экономического эффекта природоохранных мероприятий
Исходные данные для расчёта:
Количество сточных вод – 900 000 м3/год;
Показатель относительной опасности загрязнения водоёмов δ = 4,1;
Средозащитные капитальные затраты Ксз = 10% от общей стоимости сооружений (от разницы в ущербе до и после мероприятия);
Текущие средозащитные затраты Ссз = 2 % от капитальных затрат;
Удельный ущерб от сброса одной условной тонны i-го вещества = 9674 руб.
1. Экономический эффект от природоохранных мероприятий определяется по формуле:
Эг = Уводбаз – (Увод + Ссз + Ен × Ксз) (4.1)
2. Ущерб от загрязнения водоемов вычисляется следующим образом:
Уводдо = Уводусл.т × ВОД × M (4.2)
3. Массы сбрасываемых веществ вычисляются по формуле:
miбаз = GiБАЗ × QВОД (4.3)
mi = Gi × QВОД (4.4)
4. Приведенные массы сбрасываемых веществ равны:
Мбаз = miбаз × АiВОД (4.5)<