Макіївка 2009 р
ЛЕКЦІЯ 1
1. Основні напрямки в скороченні скидання забруднень з промисловими стічними водами.
Питання охорони навколишнього середовища і раціонального використання природних ресурсів, у тому числі санітарний стан водойм, є одним з найважливіших аспектів соціально-економічного розвитку будь-якої країни. Розвиток промисловості, зв'язаний з утворенням тієї чи іншої кількості стічних вод, викликає необхідність у запобіганні негативного їхнього впливу на водойми. Основними напрямками в рішенні проблеми охорони водойм від забруднення виробничими стічними водами є максимальне скорочення відходів, утрат сировини і готової продукції, що скидаються зі стічними водами, а також максимальне скорочення кількості стічних вод.
Утрати сировини і готової продукції зі стічними водами можуть бути зменшені за рахунок:
- Удосконалювання технологічних процесів виробництва;
- Регенерації коштовних речовин зі стічних вод і підвищенні ступеня їхнього очищення.
Кількість стічних вод, що скидаються, може бути знижене шляхом упровадження наступних заходів:
· повторного використання відпрацьованої води в технологічних процесах виробництва;
· оборотного водопостачання і безстічних систем;
· заміни багатоводних технологічних операцій на маловодні і безводні.
Надзвичайно різноманітні по складу, властивостям і витратам стічні води промислових підприємств вимагають специфічних методів і споруджень по їх транспортуванню, а також локальному, попередньому і повному очищенню. Дійсний курс лекцій охоплює питання складу виробничих стічних вод, особливостей прибудую водовідведніх мереж на промислових підприємствах, методів очищення стічних вод, конструкцій пристроїв і споруджень, застосовуваних для очищення стічних вод і обробки опадів.
2. СКЛАД СТІЧНИХ ВОД ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ.
Стічні води, що відводяться з території промислового підприємства можуть бути розділені на виробничі, побутові й атмосферні.
Виробничі стічні води у свою чергу поділяються на виробничі, що утворяться в результаті основних технологічних процесів, стоки від допоміжного й охолоджуваного устаткування, а також стоки підсобних цехів і цехів обслуговування. Виробничі стічні води основних технологічних процесів звичайно сильно забруднені і мають значні витрати. У формуванні складу цих стічних вод велике значення має вид оброблюваної сировини. Так, наприклад, основним забруднюючим компонентом стічних вод на нафтовидобувних і нафтопереробних підприємствах є нафта, на рудозбагачувальних фабриках - руда, на м'ясокомбінатах жири, і інші відходи м'яса, на целюлозопапірових фабриках - целюлозні волокна і т.д.
Стічні води від допоміжного й охолоджуваного устаткування мають великі витрати, мало забруднені і можуть бути віднесені до умовно чистих стічних вод.
Стічні води підсобних цехів і цехів обслуговування, як правило, мають невеликі витрати, але сильно забруднені.
Побутові стічні води утворяться від санітарних вузлів виробничих, побутових і адміністративних будинків, а також душових установок, що маються на промислових підприємствах. Склад цих стічних вод аналогічний складу господарсько-фекальних стічних вод від населених пунктів.
Атмосферні (дощові) утворяться під година танення снігу і випадання дощу. У складі стічних вод, крім традиційних забруднень, можуть бути присутнім речовини, що використовуються в технології виробництва, що попадають на територію підприємств у результаті випадкових утрат, розливів і аварій.
3. КІЛЬКІСТЬ СТІЧНИХ ВОД І РЕЖИМ ВОДОВІДВЕДЕННЯ.
Кількість виробничих стічних вод визначається в залежності від продуктивності підприємства по укрупнених нормах водоспоживання і водовідведення для різних галузей промисловості. В укрупнену норму водоспоживання входять витрати води на підприємстві, у тому числі виробничі і господарсько-питні. Норма водовідведення включає кількість стічних вод, що випускаються у водойму: очищених виробничих і побутових, виробничих не потребуючі очищення, а також фільтраційних вод із ставків-освітлювачів, хвістосховищ і шламонакопічувачів. Укрупнені норми водоспоживання і водовідведення виражаються в м3 води на одиницю готової чи продукції використовуваної сировини. Для різних галузей промисловості ці норми коливаються в широких межах. Так, при виплавці 1т сталі утвориться 4м3 стічних вод, при виробництві 1т доголивши - 2м3, 1т бавовняних тканин до 100 м3, при виготовленні 1т цементу 0,12м3.
Розрахункові витрати виробничих стічних вод, що надходять на очищення визначаються по формулі:
Qдоб = N . M, м3/доб
РІК , л/с, де
N - норма водовідведення на одиницю продукції, що випускається, чи сировини, що переробляється, м3/одиницю;
M і MMAX СМ - добова продуктивність і продуктивність максимальної зміни відповідно ед./доб і ед./зміну;
Т - тривалість зміни в часах;
РІК - коефіцієнт годинної нерівномірності.
Якщо до складу підприємства входять ряд виробництв, що випускають різну продукцію, те загальна витрата стічних вод буде дорівнює.
; де
N1,N2,Nn - норма водовідведення по окремих виробництвах;
M1,M2,Mn - продуктивність окремих виробництв.
Методика визначення витрат побутових і душових стічних вод розглядалася в дисципліні “Водовідведення й очищення стічних вод”, тому в даному курсі не приводитися.
Розрахункові витрати дощових вод визначаються в залежності від місцевих розумів - географічного місцезнаходження промислового підприємства, рельєфу місцевості і ступеня упорядкую території. Дощові стічні води з території підприємства приділяються або самостійно, або разом з виробничими стічними водами.
Виробничі стічні води у водовідвідну мережу можуть надходити з різним ступенем нерівномірності. Для ряду виробництв характерні залпові викиди стічних вод у каналізаційну мережу, інші виробництва характеризуються більш-менш рівномірним надходженням.
Режим надходження стічних вод характеризується графіком припливу по годинник доби, цей режим визначається регламентом технологічного процесу виробництва окремих цехів і промислового підприємства в цілому.
Розрахунок лотків і труб для відводу стічних вод від окремих апаратів чи групи апаратів розраховуються по максимальній секундній витраті. Цехові лотки і трубопроводи, а також зовнішні колектори від окремих чи цехів заводських корпусів виробляється по максимальній годинній витраті, чи по сумі максимальних годинних витрат від окремих цехів, якщо в корпусі їх трохи. Загальнозаводські і позаплощадкові лотки і трубопроводи розраховуються за графіком годинних витрат від декількох чи цехів корпусів. Коефіцієнти годинної нерівномірності за даними ВНииВодГеО для різних галузей промисловості наступні: для підприємств металургійної промисловості 1,0-1,1; хімічної промисловості 1,3-1,5; харчової промисловості 1,5-2,0; целюлозно-паперової промисловості 1,3-1,8 і т.д.
Крім режиму водовідведення стічних вод по годинник доби при розрахунку споруджень системи водовідведення буває необхідно враховувати графіки коливань складу стічних вод по основних фізико-хімічних показниках, а також по специфічних забрудненнях.
ЛЕКЦІЯ 2
4. СХЕМИ ВОДОВІДВЕДЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ.
Розрізняють прямоточну, послідовну й оборотну схеми водопостачання (водовідведення). Прямоточна схема подачі води припускає подачу води на виробничі нестатки зі скиданням очищених стічних вод у водойму (малий.1).
Рис.1. Прямоточна схема водопостачання
промислових підприємств.
|
- витрата води з джерела водопостачання; 
- витрата стічних вод скидаються у водойму; 
- утрати води на підприємстві.
|
|
|
|
|
|
|
Рис.2. Послідовна схема водопостачання.
- позначення ті ж, що і на мал.1; 
- утрати води на підприємствах №1 и №2 відповідно; 
- утрати води зі шламом; О.с. - очисні спорудження.
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.3. Оборотна схема водопостачання.
- утрати води у випарних установках на випар, віднесення вітром, розбризкування; 
- витрата води на підживлення оборотної схеми.
Кількість стічних вод, що відводяться у водойму, складе:
.
Стічні води в залежності від виду забруднень і інших умов перед скиданням у водойму проходять через очисні спорудження. При цьому кількість стічних вод, що відводяться у водойму, додатково зменшується на витрату води, що відводиться зі шламом.
При послідовній схемі водопостачання (мал.2), що може бути двох-трьох кратним, кількість стічних вод зменшується в порівнянні з витратою води з джерела на величину втрат на усіх виробництвах і на очисних спорудженнях.
.
Прямоточна і послідовна схеми водопостачання допускаються тоді, коли застосування оборотної схеми чи неможливо недоцільно.
Схема оборотного водопостачання приведена на мал.3. У цій схемі вода, використана на підприємстві на охолодження устаткування, направляється в ставки, бризкальні чи басейни градирні, а стічні води, що містять забруднення, подаються на очисні спорудження. Для компенсації безповоротних утрат води у виробництві, на випарних установках(випар, віднесення вітром, розбризкування), на очисних спорудженнях і на скидання продувних вод здійснюється підживлення оборотної схеми свіжою водою з джерела водопостачання.
Кількість підживленої води:
- утрати води у виробництві;
- продувні води, для збереження на постійному рівні солевмісту води, що знаходиться в обороті.
Загальна кількість підживленої води звичайно складає 5-10% від загальної витрати води, що знаходиться в обороті.
Розглянуті схеми прямоточного й оборотного водопостачання носять загальний характер. У практиці часто зустрічаються більш складні комбіновані схеми, коли частина цехів мають прямоточне чи послідовне водопостачання, а частина цехів забезпечуються водою за оборотною схемою.
5. СИСТЕМИ ВОДОВІДВЕДЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ.
На промислових підприємствах застосовують загальсплавну і повні роздільні системи з двома, трьома і т.д. мережами (мал.4).
Загальсплавна система застосовується, коли виробничі стічні води по своєму складі близькі до господарсько-фекальних, а дощові стоки забруднені і вимагають очищення. У цьому випадку усі види стічних вод надходять в одну водовідводячу мережу.
Відвід стічних вод може здійснюватися і по двох мережах. По одній мережі транспортуються виробничі і побутові стічні води, що піддаються спільному біологічному очищенню, а дощові стоки по іншій мережі. При цьому в дощову мережу можуть скидатися і не забруднені (умовно-чисті) стічні води. Така система відноситься до повної роздільної системи з двома мережами.
Але в деяких випадках виробничі стічні води не можна сполучати з побутовими, тому що вони містять специфічні забруднення. Такі стічні води спочатку піддають локальному очищенню для видалення цих забруднень, а потім можуть поєднувати й очищати разом з побутовими. Можливе також роздільне очищення виробничих і побутових стічних вод. Ці системи також відносяться до роздільної системи, але з трьома мережами. Кількість мереж на промисловому підприємстві може бути значно великим, тому що приходиться відводити по різних трубопроводах і виробничі стічні води від різних цехів і навіть технологічних операцій. Поділ виробничих стічних вод може бути продиктовано санітарними причинами, пожежонебезпекою, вибухонебезпечністю, утворенням токсичних речовин і деяких інших причин.
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
|
|
|
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
Рис.4. Системи водовідведення промислових підприємств.
а) загальсплавна система; б) роздільна система з двома мережами; в) роздільна система з трьома мережами, з локальним очищенням виробничих стічних вод; г) роздільна система з трьома мережами і роздільним очищенням побутових і виробничих стічних вод.
1.Дощови води; 2.Побутові стічні води; 3.Виробничі стічні води; 4.Очисні спорудження; 5.Незабруднені стічні води.
Наприклад, об'єднання кислих стоків із сульфідними стоками приводить до утворення сірководню, зі стоками , що містять ціаніди - до виділення іншого токсичного газу - синильної кислоти, з віскозними стічними водами - до утворення сірковуглецю. Об'єднання стоків, насичених сірковуглецем, зі стоками, що мають температуру вище 400С, може привести до вибуху і т.д. Поділ виробничих стічних вод по різних мережах може бути продиктоване також і технологічними розуміннями. З цієї причини звичайно розділяються концентровані і малоконцентровані стічні води, стічні води, що містять різного характеру забруднення. У цьому випадку виходять з того, що роздільно стічні води очищаються значно легше, ніж після об'єднання, чи мається можливість повертати у виробництво коштовні продукти, що витягаються зі стічних вод.
ЛЕКЦІЯ 3
6. ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ КАНАЛІЗАЦІЙНИХ МЕРЕЖ НА
ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВАХ.
При проектуванні і будівництві каналізаційних мереж на промислових підприємствах варто враховувати вплив, що можуть робити виробничі стічні води на матеріал труб і споруджень, а також на роботу мережі. Цей вплив викликається наступними причинами:
· агресивністю стічних вод;
· можливістю засмічень, закупорок і біологічних обростань;
· змістом у стічних водах розчинених газів;
· нерівномірністю надходження стічних вод;
· змістом зважених речовин з високої гідравлічний дрібностю.
Агресивність стічних вод приводить до корозійного руйнування матеріалу труб, лотків, колодязів, стиків і інших елементів. Захист від корозії здійснюється різними способами, у тому числі ізоляцією хімічно стійкими матеріалами, а також застосуванням матеріалів, що не руйнуються від агресивної дії стічних вод.
Ізоляції хімічно стійкими матеріалами піддаються бетонні, залізобетонні, сталеві і чавунні труби.
При транспортуванні неагресивних стічних вод можуть використовуватися бетонні і залізобетонні труби, що виготовляються способом вибропресування. При виготовленні цих труб обов'язкове застосування бетонів з кислотостійких цементів. Захист бетону від корозії роблять нанесенням на внутрішню поверхню труби ізоляції з бітумних матеріалів і эпоксидних смол. Стики труб зашпаровують кислотостійкими мастиками. Внутрішню поверхню сталевих труб захищають від корозії нанесенням шаруючи азбестоцементного розчину товщиною від 4 до 12 мм. Нанесення роблять спеціальним механізмом через сопла, що обертається під дією стиснутого повітря.
При перекачуванні і транспортуванні сильнокислих стоків застосовують сталеві труби, яки футеровані чи гумою чи пластиками (поліхлорвініловою плівкою), а також чавунні асфальтовані труби. Крім того, сталеві труби захищають склоэмалями і полімерцементами.
У залежності від концентрації забруднень, температури і складу стічних вод можуть застосовуватися труби з матеріалів, стійких до агресивної дії стічних вод, таких як керамічні, вініпластові, фторопластові, склопластикові, поліетиленові труби, а також труби з нержавіючої сталі. При застосуванні пластмасових труб необхідно пам'ятати, що температура стічних вод не повинна бути вище 400С.
Закладення стиків розтрубних труб, призначених для відводу кислих стічних вод, здійснюється конопаткою азбестовим шнуром з бітумним, андезитовим чи арзамитовим замком.
При малій агресивності стічних вод для пристрою оглядових колодязів застосовують готові кільця з кислотостійкого бетону, а також залізобетонні люки і кришки.
Каналізаційні колодязі на самопливних лініях для кислих стоків необхідно виконувати з клінкерного, битумінізированного чи кислототривкої цегли на кислототривкому розчині. Лотки робляться з асфальтобетону, кислототривкої цегли на кислототривкому чи розчині з кислототривкого бетону. Нижню частину колодязів (на 20 див вище полиць лотка) доцільно ізолювати бітумною обмазкою в кілька шарів, по 5 мм чи обклеюванням рулонними матеріалами не менш, ніж у два шари. При застосуванні металевих люків і кришок їх варто покривати асфальтовим чи лаком іншими кислотостійкими матеріалами.
Запобігання трубопроводів від засмічення і закупорок здійснюється шляхом пристрою ґрат, відстійників поблизу випусків стічних вод з цехів. В запобіганні утворення відкладень і осаду в результаті хімічних реакцій при змішанні стічних вод від різних виробничих процесів їх варто транспортувати по окремих трубопроводах.
Найбільшої небезпеки біологічних обростань піддаються системи оборотного водопостачання. Біологічні обростання являють собою сукупність мікроорганізмів (бактерій, водоростей, найпростіших), що оселилися і розвиваються на поверхні труб і теплообмінної апаратури, а також на конструкціях охолоджувачів оборотної води. Ці обростання утворяться в результаті замету мікроорганізмів з водою з джерела і наявності сприятливих умов для їхнього розмноження (t = 15-400С, присутність розчиненого кисню і живильних речовин). Боротьбу з біологічними обростаннями ведуть створенням несприятливих умов для життя мікроорганізмів. Це - вилучення із середовища живильних речовин, введення отрутних для мікроорганізмів, але нешкідливих для устаткування, споруджень і обслуговуючого персоналу речовин, фізичний вплив на мікроорганізми (ультразвук, электрогідравличний удар і т.д.).
Найбільш розповсюдженим методом є ведення хімічних речовин у воду. Як отрути для мікроорганізмів можуть служити багато речовин: хлор, гипохлорид кальцію, мідний купорос, озон, перманганат калію й інші. Згубно діє на мікроорганізми вуглекислота з концентрацією 30-50 мг/л.
У трубах і каналах самопливної каналізаційної мережі можуть накопичуватися в значних кількостях різні гази. Причинами газоутворення може бути загнивання органічних речовин, що осідають на стінках трубопроводів, випар пальних рідин (бензину, гасу й інших нафтопродуктів) хімічна взаємодія, що містяться в стічних водах домішок.
З виробничих стічних вод деяких галузей промисловості виділяються такі гази, як метан, аміак, сірководень, ацетилен, окис вуглецю, пари нафтопродуктів. Накопичуючи в мережі вони викликають швидку корозію матеріалів труб і колодязів, створюють погрозу вибухів і запалень, гази небезпечні також для експлуатаційного персоналу.
Звичайно гази віддаляються через витяжні стояки внутрішньої каналізації, виведених вище даху будинків на 0,7м.
Для вентиляції ділянок каналізаційної мережі, прокладеної по незабудованій території, установлюють спеціальні стояки висотою не менш 5м, діаметром 300 мм. Ці стояки розташовуються не більш ніж через 250м. Крім того, вентиляційні стояки діаметром 200мм, установлюють на випусках з цехів. Вентиляційні стояки приєднуються до верхньої частини колодязів трубами, покладеними з ухилом убік колодязя.
В особливих випадках, коли природна витяжна вентиляція не забезпечує нормальні умови експлуатації мережі, застосовують примусову штучну вентиляцію. При цьому вентиляційні пристрої повинні виключати можливість іскростворення під час їхній роботи і повинні бути захищені від корозії газом підбором відповідного чи матеріалу застосуванням протикорозійних покрить.
Для локалізації вибухів і поширення полум'я на ділянках каналізаційної мережі через кожні 250м улаштовують гідравлічні затвори.
Гідравлічний затвор виконується у виді колодязя з неповною чи перегородкою кінцем труби, зануреним нижче рівня рідини не менш чим на 10див (мал.5).
|
Рис.5. Каналізаційний колодязь з гідравлічним затвором.
Гідравлічний затвор улаштовують також на випусках з цехів при приєднаннях внутрішньої каналізації до зовнішніх мереж, по яких транспортуються стічні води утримуючі шкідливі гази і займисті рідини. Зовнішня камера гідравлічного затвора повинна бути обладнана вентиляційним стояком.
Гідравлічний розрахунок каналізаційних мереж на промислових підприємствах виробляється на максимальну витрату. Розрахунок виконується по тим же формулам, що і господарсько-фекальна каналізація. Величини розрахункових швидкостей у трубах і каналах приймаються в залежності від кількості і властивостей нерозчинних домішок стічних вод, а також діаметра труб. Наприклад, для стічних вод, що містять такої домішки як чи нафта жири, мінімальну розрахункову швидкість приймають рівної 0,8-0,9 м/с, для стічних вод, що містять важкі механічні домішки (шлам, окалину, колошникову пил)-1,25-1,6м/с. Ухил труб і каналів виробничої каналізації приймають виходячи з умов забезпечення заданих мінімальних швидкостей.
7. УМОВИ ВИПУСКУ ВИРОБНИЧИХ СТІЧНИХ ВОД У
МІСЬКУ КАНАЛІЗАЦІЮ.
При розташуванні промислових підприємств поблизу населених пунктів виробничі стічні води можуть скидатися в міську каналізацію. У цьому випадку очищення стічних вод здійснюється на єдиних очисних спорудженнях. У зв'язку з тим, що в стічних водах промислових підприємств можуть міститися специфічні забруднення, їхнє скидання в міську каналізацію обмежується поруч вимог. Випускаються в міську каналізацію виробничі стічні води не повинні:
· порушувати роботу мереж і споруджень;
· містити більш 500мг/л зважених речовин і спливаючих речовин;
· містити речовини, що здатні засмічувати трубопроводи і відкладатися на їхніх стінках;
· робити дія, що руйнує, на матеріал труб і колодязів;
· містити пальні домішки і розчинені газоподібні речовини, здатні утворювати вибухонебезпечні суміші;
· містити шкідливі речовини в концентраціях, що перешкоджають біологічному очищенню стічних чи вод скиданню їхній у водойму;
· мати температуру вище 400С;
· містити збудників епідемічних захворювань.
Виробничі стічні води, що не задовольняють зазначеним вимогам, повинні піддаватися попередньої (локальної) очищенню.
8. КЛАСИФІКАЦІЯ МЕТОДІВ ОЧИЩЕННЯ ВИРОБНИЧИХ
СТІЧНИХ ВОД.
Для очищення виробничих стічних вод застосовуються механічні, фізико-хімічні, хімічні, електрохімічні і біологічні методи.
До механічних методів відносяться проціджування, відстоювання, фільтрування, мікрофільт-рування, видалення зважених речовин у гідроциклонах, центріфугування, сепарація, усереднення.
До фізико-хімічних методів відносяться адсорбція, екстракція, евапорація, аерація, флотація, коагуляція, іонний обмін і ін.
Хімічні методи включають нейтралізацію, окислювання, відновлення.
До електрохімічних методів відносяться електрокоагуляція, електрофлотація, електродиализ.
Біологічне очищення здійснюється в різних спорудженнях біологічного очищення: аеротенках, біофільтрах , фільтротенках, флототенках, биореакторах і інших спорудженнях.
ЛЕКЦІЯ 4
9. МЕХАНІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД.
Одним з основних видів забруднень виробничих стічних вод є нерозчинні домішки мінерального й органічного походження різного ступеня дисперсності. Виділення цих домішок, а також усереднення стічних вод по витратах і концентраціям складають задачу механічного очищення стічних вод.