Проектирование системы очистки сточных вод цеха сборочно-кузовного производства.

РефератДанная работа посвящена решению проблемы образования и очистки сточных вод в цеху сборочно-кузовного производства.Ключевые слова: СБОРОЧНО-КУЗОВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО, СТОЧНЫЕ ВОДЫ, ПОВЕРХНОСТНЫЕ СТОКИ, ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД.Основной целью данной работы являлось проектирование системы очистки сточных вод цеха сборочно-кузовного производства.Результатом работы являлся подбор оборудования для очистки сточных вод от взвешенных веществ, представленным горизонтальным отстойником с тонким слоем.Работа состоит из: 10 рисунков, 1 таблицы, 13 источников литературы и 24 страниц.ОглавлениеTOC \o "1-3" \h \z \uВведение PAGEREF _Toc85274134 \h 31. Проблема образования сточных вод цеха сборочно-кузовного производства PAGEREF _Toc85274135 \h 42. Анализ экологических проблем, связанных с поступлением загрязненных сточных вод в водоемы PAGEREF _Toc85274136 \h 53. Обзор современных способов и аппаратов очистки сточных вод от взвешенных веществ PAGEREF _Toc85274137 \h 83.1 Методы механической очистки сточных вод PAGEREF _Toc85274138 \h 83.2 Физико-химические методы очистки сточных вод PAGEREF _Toc85274139 \h 174. Расчетная часть PAGEREF _Toc85274140 \h 19Заключение PAGEREF _Toc85274141 \h 22Список литературы PAGEREF _Toc85274142 \h 23ВведениеОдной из важнейших задач любого промышленного предприятия является обеспечение его водой. В подавляющем большинстве отраслей промышленности вода используется в технологических процессах производства. В качестве основных категорий производственного водопотребления могут быть названы: использование воды для охлаждения технологических аппаратов, сырья и продуктов, для промывки, для парообразования, для приготовления растворов, электролитов и других смесей и т.д. Процесс использования воды на производстве приводит к его загрязнению, и образованию больших объемов сточных вод, которые представляют опасность для окружающей среды и здоровью населения.Таким образом, целью данной работы является проектирование системы очистки сточных вод цеха сборочно-кузовного производства.Для достижения заданной цели необходимо выполнение следующих задач:1) анализ существующих проблем, связанных с образованием сточных вод цеха сборочно-кузовного производства;2) изучение воздействия сточных вод на окружающую среду;3) изучение современных способов и аппаратов для очистки сточных вод;4) разработка и анализ внедряемой системы очистки.5) расчёт горизонтального отстойника для очистки сточных вод от взвешенных веществ.1. Проблема образования сточных вод цеха сборочно-кузовного производства Сборочно-кузовное производство (СКП) является финишным этапом изготовления автомобилей.Как правило, СКП располагает необходимыми производственными ресурсами, площадями, технологическим, контрольным и испытательным оборудованием для выполнения всех процессов на этапах жизненного цикла автомобилей. Перечень технологических процессов, применяемых в СКП, включает в себя сварку и окраску автомобилей, механическую обработку деталей и узлов машин, электролитическую обработку. Все это ведет к воздействию производства на окружающую среду, вызывая загрязнение атмосферного воздуха, почвы и водоемов. В структуре СКП имеются такие производства, как гальваника, окраска, катафорез, где образуются загрязненные сточные воды, нуждающиеся в предварительной очистке на ЛОС перед сбросом их в общую промышленную канализацию. В случае несовершенства технологии очистки соответствующих стоков на локальных очистных неизбежно поступление агрессивных растворов на биологические очистные сооружения, что может привести к гибели микроорганизмов, находящихся в активном иле, и, как результат, остановке очистных сооружений [1].2. Анализ экологических проблем, связанных с поступлением загрязненных сточных вод в водоемы Промышленные предприятия в процессе эксплуатации потребляют определенное количество чистой воды, а также сбрасывают очищенные или неочищенные сточные воды в окружающую среду, что приводит к загрязнению гидрографической сети и территории района его размещения. Основными источниками загрязнения поверхностных вод являются:- неочищенные или недостаточно очищенные производственные и бытовые сточные воды;- поверхностные стоки с территории предприятия;- фильтрационные утечки вредных веществ из емкостей, трубопроводов и других сооружений;- аварийные сбросы сточных вод.В зависимости от происхождения выделяют хозйственно-бытовые. производственные и атмосферные сточные воды.По своей природе загрязнения сточных вод подразделяются на органические, минеральные и биологические [2]. В процессе деятельности предприятия в природные воды вследствие недостаточной степени очистки могут поступать коллоидные частицы, которые могут включаться в трофический цикл большинства гидробионтов, углеводороды и другие химикаты, твердые вещества, поверхностно-активные вещества и эмульгаторы, окисленные соединения, кислоты, неорганические соли и тяжелые металлы.Среди органических примесей наиболее опасными для природных вод являются нефтепродукты, масла, ПАВ и т.д.Так, например, нерастворимые нефтепродукты покрывают воду тонкой пленкой, препятствующей газообмену между водой и атмосферой, что в свою очередь затрудняет существование живых организмов. Попадание поверхностно-активных веществ чревато понижением поверхностного натяжения, приводящего к снижению показателя удерживания углекислого газа и кислорода в массе воды.К минеральным примесям относятся песок, глина, щелочи, минеральные кислоты и масла и т.д. Что касается взвешенных веществ, то они относятся к минеральным загрязнениями и относятся I группе загрязнителей по классификации Л.А. Кульского. Их сброс их в природные воды может привести к следующим негативным последствиям [3]: 1) уменьшается прозрачность воды, интенсивность фотосинтеза, объем первичной продукции (фитопланктона);2) загрязненные взвешенными веществами воды быстрее перегреваются;3) происходит изменение химизма вод, т.к. на взвешенных частицах адсорбируются органические и неорганические вещества, тяжелые металлы, обеспечивая их разнос на большие расстояния;4) происходит интенсификация процессов эвтрофикации;5) взвеси не только затрудняют фотосинтез, уменьшая поступление кислорода в воду, но могут и сами поглощать его из воды, что в свою очередь вызывает угнетение дыхательного аппарата гидробионтов;6) взвешенные вещества помимо захвата молекул кислорода, адсорбции углеводородов, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов и др. могут «поглощать» различные пищевые частицы, что способно изменять химико-биологические показатели водоема и кормовой базы;7) устойчивые повышенные концентрации взвесей нередко сопровождаются ростом содержания в воде соединений азота, фосфора, железа, многих биогенных микроэлементов, легко окисляемых органических веществ;8) взвешенные вещества оказывают негативное влияние на физиолого-биохимические параметры рыб, иммунную систему, и, вполне вероятно, на генотипы рыб [4].3. Обзор современных способов и аппаратов очистки сточных вод от взвешенных веществДля удаления из воды взвешенных (нерастворимых) веществ в практике водоочистки применяют механический и физико-химический метод.3.1 Методы механической очистки сточных водКак правило, в группу методов механической очистки включают: процеживание, отстаивание, осветление во взвешенном слое осадка, фильтрование, центробежные методы.В состав сооружений механической очистки входят:- решетки;- песколовки;- отстойники;- осветлители со взвешенным слоем осадка;- гидроциклоны;- центрифуги;- фильтры.Прежде всего для регулирования колебаний расходов иконцентраций загрязнений сточных вод применяют усреднители. Ониобеспечивают равномерное поступление сточных вод и концентрацийзагрязнений, а также эффективную и экономичную технологию их очистки.Обычно механическая очистка является предварительным, реже - окончательным этапом очистки сточных вод [5].Метод очистки сточных вод от взвешенных веществ выбирается с учетом кинетики процесса, исходя из размера частиц. В том случае, когда частицы достаточно велики (>30 мкм), то в соответствии с законом Стокса, они могут легко выделяться из воды отстаиванием или фильтрованием. Для более мелких частиц нужны более действующие методы. Выделение коллоидных частиц осуществляется за счёт применения коагуляции и осветлителей со взвешенным слоем осадка [3].Как правило, на первом этапе очистки для задержания крупных загрязнителей, способных забить трубопроводы и коммуникации применяются решетки (рис.1). Они состоят из наклонно или вертикально установленных параллельных металлических стержней, укрепленных на металлической раме.Наклон решеток составляет 60-80º к горизонту. Различают простейшие - очищаемые вручную и механические решетки. Отходы, снятые с решеток направляются в дробилку для их измельчения, после чего их можно сбрасывать в воду перед отстойниками [6].Рисунок 1 - РешеткиВ случае наличия в сточных водах волокнистых включений применяются ленточные или барабанные сита. Они представляют собой проволочное устройство (например из бронзы) или устройство в виде цилиндра, у которого поверхностью является сетка. Загрязнения удаляются водой или щетками.Для удаления из воды песка крупностью >0,25 мм применяются песколовки.Песколовки подразделяют на вертикальные (которые малоустойчивы и применяются редко), горизонтальные с прямолинейным и круговым движением воды, аэрируемые и тангенциальные.Чаще всего применяются горизонтальные песколовки (рис.2). Такие песколовки состоят из рабочей части, в которой движется поток и осадочной, в которой хранится песок до выгрузки [7].Рисунок 2 - Горизонтальная песколовка: 1 - водоподводящий лоток;2 - гидроэлеватор; 3 - водоотводящий лотокВ хорошо работающей песколовке задерживается до 75% песка. Время пребывание воды в них составляет от 30 до 50 с.Следующим этапом очистки является отстаивание. В зависимости от назначения отстойники делятся на:- первичные, которые устанавливаются до сооружений биологической очистки;- вторичные, которые устанавливаются после биологической очистки.По конструктивным признакам выделяют горизонтальные, вертикальные и радиальные отстойники.В горизонтальных отстойниках вода движется горизонтально вдоль отстойника, в вертикальных - снизу вверх, а радиальных отстойниках - от центра к периферии.Горизонтальные отстойники представляют собой резервуар, как правило прямоугольный в плане (рис.3), состоящий из нескольких отделений. Вода подводится в торцевую переднюю часть, проходит вдоль отстойника и сливается в отводной канал. Осаждение взвешенных веществ происходит за счёт низкой скорости (νmax=10 мм/с) [3].Рисунок 3 - Горизонтальный отстойникДля того чтобы осадок сползал к приямку днищу отстойника придают уклон.Вертикальные отстойники (рис.4) представляют собой круглый или квадратный в плане резервуар с конусным или пирамидальным днищем. Рисунок 4 - Вертикальный отстойник: 1 - центральная труба; 2 - водослив; 3 - отстойная часть; 4 - отражательный щит; 5 - илопроводСточная вода подводится к нижней части отстойника по центральной трубе. После выхода из трубы вода движется снизу вверх к сливным желобам, по которым поступает в отводной лоток. Во время движения воды по отстойнику из неё выпадают взвешенные вещества, причем скорость принимают не больше 0,7 м/с.Жидкость, выйдя из щели между раструбом центральной трубы и отражательным щитом, движется радиально к стенкам отстойника, а затем поднимается вверх вдоль стенок. Взвешенные вещества выпадают на горизонтальном пути движущейся жидкости от центра отстойника к периферии за счёт растекания струи и уменьшения скорости движения. Эффективность очистки вертикальных отстойников составляет порядка 40%. Более эффективными являются вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим потоком воды. Эффективность таких отстойников может достигать 60-70%.Радиальные отстойники (рис.5) являются разновидностью горизонтальных. Они представляют собой крупный в плане неглубокий резервуар, в котором вода движется от центра к периферии [4]. Рисунок 5 - Радиальный отстойник: 1 - труба для подачи воды; 2 -скребки; 3 - распределительная чаша; 4 - водослив; 5 - отвод осадкаРазличают радиальные отстойники с нижним или верхним выпуском воды. И в том, и в другом случае вода поступает по центральной трубе, а осветленная вода сливается в круговой желоб, откуда затем отводится по трубам. Осадок, выпавший на дно, сгребается к центру скребком, закрепленным на подвижной ферме и поступает в приямок, из которого затем удаляется.Такие отстойники в основном применяются на крупных станциях очистки воды.В промышленности широкое применение нашли тонкослойные отстойники (рис. 6), считающиеся высокоэффективными.Рисунок 6 - Тонкослойный отстойникПо конструктивным особенностям различают трубчатые и пластинчатые отстойники. Осаждение взвешенных веществ в таких отстойниках происходит внутри фильтрующего блока.Для очистки воды с небольшим количеством взвешенных частиц целесообразно применять трубчатые отстойники.Осветлители со взвешенным слоем осадка (рис. 7) целесообразно применять при условии введения в сточную воду коагулянтов, т.е. при условии предварительной обработки воды.Основными факторами, определяющими условия интенсивности формирования взвешенного слоя и концентрирования массы в нём является качество воды, гидравлические условия восходящего потока и структура осадка взвешенного слоя [8].Рисунок 7 - Осветлитель со взвешенным слоем осадка коридорного типа: 1 – коридоры осветления; 2 – осадкоуплотнитель; 3 – слой взвешенного осадка; 4 – зона осветления; 5 – сборные желоба; 6 – осадкоприемные окна; 7 – трубы принудительного отвода осветленной воды; 8 – трубопровод распределения исходной воды в коридорах осветления; 9 – трубопровод сброса осадкаДля нормальной работы таких осветлителей обязательным условием является организация своевременного отвода избыточного осадка, равномерное распределение воды по площади, а также отведение осветленной воды [9].Эффективность осветлителей в 1,5-2 раза выше обычных отстойников.Выделение взвешенных частиц из сточных вод может быть достигнуто за счёт воздействия на них центробежных сил в низконапорных или открытых гидроциклонах (рис. 8).206311543180Рисунок 8 ГидроциклонВращательное движение жидкости в них, приводящее к отделению взвешенных частиц, обеспечивается за счёт тангенциального подвода воды к цилиндрическому корпусу.Вращающийся поток способствует агломерации частиц и увеличению их гидравлической крупности, а следовательно и скорости их оседания. Фильтрование сточных вод осуществляется с помощью фильтров с перегородками (рис.9 ) и фильтров с зернистой загрузкой (рис.10).В качестве фильтров с перегородками чаще всего используют барабанные фильтры (вакуумные, микрофильтры, фильтры Вако и дисковые фильтры).Основной частью таких устройств является полый барабан с прикрепленными к его поверхности сетчатыми фильтрующими элементами. Обрабатываемая вода поступает через входной патрубок внутрь барабана, проходит через сетки, оставляя часть загрязнений. Осветленная вода направляется на дальнейшие очистные сооружения [10].Рисунок 9 - Дисковый фильтрЗернистые фильтры по скорости фильтрования делятся на медленные (0,5 м/ч); скорые (2-15 м/ч) и сверхскорые (>25 м/ч).Различают открытые и закрытые фильтры. По крупности зерен различают мелко-, средне- и крупнозернистые фильтры.Рисунок 10 - Схема скорого фильтра: 1 - корпус; 2 - желоб; 3 - песок; 4 - гравий; 5 - дренажная система; 6 – подача исходной воды; 7 - карман фильтра; 8 - отвод грязной промывной воды; 9 – подача промывной воды; 10 - отвод фильтрованной водыВ качестве фильтрующего материала применяют песок, дробленый антрацит, мрамор, керамическую крошку, пористые пластмассы и т.д.Загрузка фильтрующего материала бывает одно- и многослойной. При фильтровании воды на первые слои загрузки поступает наиболее загрязненная вода, а на каждый последующий слой - вода, предварительно очищенная предыдущим слоем. Поэтому загрязнения распределяются неравномерно по высоте. В результате доочистки сточных вод в загрузке фильтров задерживаются мелкодисперсные взвешенные частицы и активный ил, выносимые из отстойников или осветлителей, а также некоторые специфические компоненты, характерные для стоков отдельных промышленных предприятий (нефтепродукты, фосфор и др.).По сравнению с барабанными фильтрами фильтры с зернистой загрузкой позволяют достичь более глубокой степени очистки воды.3.2 Физико-химические методы очистки сточных водПосле предварительной очистки воды от взвешенных веществ с помощью сооружений механической очистки сточные воды направляются на очистку физико-химическими методами.Главным условием применения физико-химических процессов очистки сточных вод является источник внешней энергии. Для их осуществления используют разнообразные виды энергии: электрическую, химическую, тепловую, механическую и др. Однако это в свою очередь увеличивает затраты на очистку воды [11].Применение физико-химических методов способствует удалению из сточных вод тонкодисперсных взвешенных и коллоидных частиц (коагуляция, флокуляция, флотация), растворимых газов (десорбция), минеральных диссоциированных в воде примесей (ионный обмен, обратный осмос, выпаривание, кристаллизация), органических растворенных веществ (адсорбция, ректификация, экстракция, ультрафильтрация, первапорация, эвапорация).Интенсификация очистки сточных вод достигается за счёт применения процессов коагуляции. В качестве коагулянтов широко применяются соли железа, алюминия, а также их смеси. Коагуляцией называется процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных веществ при их столкновении, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения и химического сродства. Завершается этот процесс отделения агрегатов слипшихся частиц от жидкой фазы, как правило, осаждением [12].Применение коагулянтов связано с трудностью регулирования технологического режима работы очистных сооружений в условиях постоянно меняющегося качества воды. Для стабилизации и интенсификации процессов очистки воды с помощью коагулянтов к последним добавляют специальные вещества - флокулянты. Наибольшее распространение в качестве флокулянта получил полиакриламид (ПАА) [13].4. Расчетная частьЗадание: спроектировать горизонтальный отстойник для системы очистки сточных вод цеха сборочно-кузовного производства. Расход воды, значения концентраций взвешенных веществ на входе и выходе представлены в таблице 1.Таблица 1 – Исходные данныеРасход воды, м3/ч200Концентрация взвешенных веществ на входе, мг/л300Концентрация взвешенных веществ на выходе, мг/л50 Как правило, в машиностроительной отрасли для очистки сточных вод от взвешенных веществ зачастую применяются тонкослойные отстойники. Определяем необходимый эффект осветления [1]: (1)где Cвх – начальная концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающих в отстойник, мг/л; Cвых – допустимая конечная концентрация взвешенных веществ в осветленной воде, мг/л.Для увеличения степени очистки рекомендуется использовать коагулянты.Определяется значение гидравлической крупности: (2)где Hset - глубина проточной части в отстойнике, м; Kset - коэффициент использования объёма проточной части отстойника; tset - продолжительность отстаивания, с; h1 - глубина слоя, равная 0,5 м; n2 - показатель степени.мм/сОпределяется длина яруса:м (3)где νw - скорость рабочего потока, мм/с; hti - высота яруса тонкослойного блока, м; Kdis - коэффициент сноса выделенных частиц.Находится высота тонкослойного блока: м (4)Находим ширину тонкослойного блока и строительную ширину секции отстойника: м (5) м (6)где Bset - ширина, м.Находится максимальная ширина пластины блока: (7)где α - угол наклона пластин к горизонту, равный 45-60º.Определяется длина зоны выделения крупных примесей:м (8)где t - продолжительность пребывания потока в зоне выделения, равная 2-3 мин.Рассчитывается строительная длина секции отстойника: м (9)где l2 – длина, принимается равной l2=0,2 при применении пропорционального устройства для распределения воды, или l2=0 при использовании дырчатой перегородки; l3=0,2–0,25м; l4=0,15–0,2 м.Определяется строительная высота отстойника: м (10)где h3 – высота, необходимая для расположения рамы, на которую крепятся блоки, равная 0,2–0,3 м; hм=0,1 м.Определяется количество осадка, выделяемого при отстаивании за сутки: м3/сут (11)где Q - суточный расход сточных вод, м3/сут; рmud - влажность осадка, равная 94-96%; γmud - плотность осадка, равная 1 г/см3 [2].ЗаключениеВ ходе выполнения работы были изучены современные способы и аппараты очистки сточных вод. Важной задачей было определение возможного негативного воздействия на окружающую среду загрязненных сточных вод, а в частности - взвешенных веществ, поступающих в природные воды.Результатом работы была разработка технологической схемы очистки сточных вод цеха сборочно-кузовного производства с проектированием отстойника.Список литературы1. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.2. - Калуга: Изд-во Н.Бочкаревой, 2003. - 884 с.2. Гудков А. Г. Механическая очистка сточных вод. Учебное пособие. - Вологда: ВоГТУ, 2003 г. – 152 с.3. Айрапетян Т.С. Конспект лекций по дисциплинам "Очистка бытовых сточных вод" и "Сооружения и оборудования для водоотведения". - Х.: ХНУГХ, 2014 - 121 с.4. Карманов, А. П. Технология очистки сточных вод [Электронный ресурс] : учебное пособие : самост. учеб. электрон. изд. / А. П. Карманов, И. Н. Полина ; Сыкт. лесн. ин-т. - Электрон. дан. - Сыктывкар : СЛИ, 2015.5. Казакова Е.Г., Леканова Т.Л. Установки очистки сточных вод и промышленных газов. Учебное пособие. — Сыктывкар: СЛИ, 2014. — 212 с.6. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. Учебник для вузов. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006 — 704 с7. Чуянов Г.Г. Хвостохранилища и очистка сточных вод. Учебное пособие/ Екатеринбург, изд. УГГТА, 1998. —246 с.8. Голованчиков А.Б., Сиволобова Н.О., Тимонин А.С. Ионообменные методы очистки сточных водУчебное пособие. — Волгоград, 2009. — 52 с.10. Гудков А.Г. Биологическая очистка городских сточных вод: Учебное пособие.- Вологда: ВоГТУ, 2002. - 127 с.11. Рехтин А.Ф. Очистка сточных вод города. Учебно-методическое пособие. Томск: ТГАСУ, 2010. – 100 с.12. Василенко Л.В., Никифоров А.Ф., Лобухина Т.В. Методы очистки промышленных сточных вод: учеб. пособие. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. университет, 2009. - 174 с. 13. Залетова Нина Анатольевна, Воронов Юрий Викторович. Новые технологии для решения современных задач очистки сточных вод // Вестник МГСУ. 2012. №2 С.109-111.