Домашнее задание 2 (вариант 16) / 16.DOC
Домашнее задание
по дисциплине
“Производственная и экологическая безопасность”
выполнил Рейня Г.И.
группа МП-30
Москва 1996
Часть 2
2.1. Фильтры: схемы и описания.
Для очистки сточных вод машиностроительных предприятий используют два класса фильтров: зернистые, в которых очищаемую жидкость пропускают через насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовлены из связанных пористых материалов.
В зернистых фильтрах широко используют в качестве фильтроматериалов кварцевый песок, дробленный шлак, гравий и т.п. Зернистые фильтры изготавливают однослойными и многослойными.
схема каркасно-насыпного фильтра
Очищаемая сточная вода поступает по коллектору 3 и через отверстия в нем равномерно распределяется по сечению фильтра. Нисходящий поток сточной воды проходит через слой гравия 5 и песка 6, через перфорированное днище 2, установленное на поддерживающем слое 1 гравия и через трубопровод 8 отводится из фильтра. Регенерацию фильтра проводят продувкой сжатого воздуха, подаваемого в фильтр по трубопроводу 4, с последующей обратной промывкой водой через вентиль 7.
схема зернистого фильтра
Зернистый фильтр для очистки больших расходов сточных вод от твердых примесей. Сточная вода по трубопроводу 4 поступает в корпус 1 фильтра и проходит через фильтровальную загрузку 3 из частиц мраморной крошки, расположенную между пористыми перегородками 2 и 5. Очищенная от твердых частиц сточная вода скапливается в объеме, ограниченном пористой перегородкой 5, и выводится из фильтра через трубопровод 9. По мере осаждения твердых частиц в фильтровальном материале перепад давления на фильтре увеличивается и при достижении предельного значения перекрывается входной трубопровод 4 и по трубопроводу 10 подается сжатый воздух, вытесняя из фильтровального слоя 3 воду и твердые частицы в желоб 6, которые через трубопроводы 7 и 8 выводятся из фильтра.
схема электромагнитного фильтра
Для очистки сточных вод прокатных цехов от ферромагнитных примесей применяют электромагнитные фильтры, в которых используют силы взаимодействия между намагниченной фильтровальной загрузкой и примесями сточной воды. Исходная сточная вода через трубопровод 1 поступает в корпус 3 из немагнитного материала, проходит через ограничительную решетку 4, фильтровальную загрузку 5 из ферромагнитных частиц с толщиной слоя 0,15-0,2 м; опорную решетку 6 и выводится из фильтра по трубопроводу 7. Намагничивание фильтровальной загрузки осуществляется магнитным полем, создаваемым катушкой индуктивности 2 с ферромагнитным сердечником. Регенерацию фильтра осуществляют при выключенном электромагнитном поле неочищенной сточной водой в направлении фильтрования или в обратном направлении чистой водой.
схема фильтра-сепаратора
На рисунке представлена схема фильтра-сепаратора с фильтровальной загрузкой из частиц полиуретана, предназначенного для очистки сточных вод от маслопродуктов и твердых частиц. Сточную воду по входному трубопроводу 5 подают под нижнюю опорную решетку 4. Вода проходит через фильтровальную загрузку в роторе 2, верхнюю решетку 4 и очищенная от примесей переливается в приемный карман 6 и выводится из корпуса 1 фильтра. Достоинством данной конструкции является простота и высокая эффективность регенерации фильтра, для чего включают электродвигатель 7. При вращении ротора 2 с фильтровальной загрузкой частицы пенополиуретана под действием центробежных сил отбрасываются к внутренним стенкам ротора, выжимая маслопродукты из ротора, которые поступают затем в карманы 3 и направляются на регенерацию.
схема полиуретанового фильтра
На рисунке представлена схема полиуретанового фильтра для очистки сточных вод от маслопримесей. Сточная вода по трубопроводу 1 поступает в распределительную камеру 2 и через регулирующий вентиль 3 и водораспределительные окна 4 подается в фильтр 5, заполненный полиуретаном 6. Пройдя через слои фильтроматериала, сточная вода очищается от масла и взвешенных веществ и через сетчатое днище 13 отводится по трубопроводу 14. Для поддержания постоянного уровня очищаемой воды в фильтре предусмотрена камера 12 с регулирующим вентилем 11. Регенерация частиц пенополиуретана осуществляется специальным устройством, установленном на передвижной тележке 10, что позволяет регенерировать весь объем фильтра. Насыщенные маслом частицы пенополиуретана цепным элеватором 7 подают на отжимные барабаны 8 и, освободив от маслообразных и взвешенных веществ, вновь подают в фильтр. Отжатые загрязнения по сборному желобу 9 отводят для дальнейшей переработки.
схема биологического фильтра
Биологическая очистка сточных вод в искусственных сооружениях осуществляется в биологических фильтрах.
На схеме представлен фильтр с принудительной подачей воздуха. Исходная сточная вода по трубопроводу 3 поступает в фильтр 2 и через водораспределительные устройства 4 равномерно разбрызгивается по площади фильтра. При разбрызгивании сточная вода поглощает часть кислорода воздуха. В процессе фильтрования через загрузку 5, в качестве которой используют шлак, щебень и т.п. , на загрузочном материале образуется биологическая пленка, микроорганизмы которой поглощают органические вещества. Интенсивность окисления органических примесей в пленке существенно увеличивается при подаче сжатого воздуха через трубопровод 1 и опорную решетку 6 в направлении, противоположном фильтрованию. Очищенная от органических примесей вода выводится из фильтра через трубопровод 7.
2.2. Очистка сточных вод от металлов и их солей.
Во всех случаях очистки стоков первой стадией является механическая очистка, предназначенная для удаления взвесей и дисперсно-коллоидных частиц. Последующая очистка от химических веществ осуществляются различными методами - физико-химическими (флотация, абсорбация, ионообмен, дистилляция, обратный осмос, ультрафильтрация и др.), химическими (реагентная очистка), электрохимическими, биологическими. Если в сточных водах имеются весьма вредные вещества, то применяют термические методы.
В зависимости от характера примесей в сточных водах применяют те или другие приемы их очистки. В качестве наиболее употребительных методов следует указать следующие :
1. Для суспензированных и эмульгированных примесей - отстаивание, флотация, фильтрация, осветление, центрифугирование, коагуляция, флокуляция, электрические методы осаждения;
2. Для очистки от неорганических соединений - дистилляция, ионообмен, реагентное осаждение, обратный осмос, ультрафильтрация, реагентное осаждение, методы охлаждения, электрические методы.
3. Для очистки от органических соединений - экстракция, абсорбция, флотация, ионообмен, реагентные методы, биологическое окисление, жидкофазное окисление, парафазное окисление, озонирование, хлорирование, электрохимическое окисление;
4. Для очистки от газов и паров - отдувка, нагрев, реагентные методы;
5. Для уничтожения вредных веществ - термическое разложение.
Для удаления взвешенных примесей из сточных вод используют гидромеханические процессы процеживания, отстаивания и фильтрования. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, физико- химических свойств и концентрации веществ, находящихся во взвешенном состоянии, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.
Ионообменная очистка. Применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др. ), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, носят название ионитов. Они практически нерастворимы в воде. Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионами, а отрицательные ионы - анионами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые - основными.
Ионный обмен происходит в эквивалентных соотношениях и в большинстве случаев является обратимым.
Реакция идет до установления ионообменного равновесия. Скорость установления равновесия зависит от внешних и внутренних факторов: гидродинамического режима жидкости, концентрации обменивающихся ионов, структуры зерен ионита и его проницаемости для ионов.
Жидкостная экстракция . Применяется для очистки сточных вод содержащих ионы металлов и др. Экстракция экономически выгодна, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на ее проведение. Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий. Первая стадия - интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом. Между жидкостями образуется две жидкие фазы: одна фаза - экстракт - содержит извлекаемое вещество и экстрагент; другая - рафинат - сточную воду и экстрагент. Вторая стадия - разделение экстракта и рафината. Третья стадия - регенерация экстрагента из экстракта и рафината. При содержании в сточной воде нескольких примесей целесообразно извлекать экстракцией сначала один из компонентов - наиболее ценный или токсичный.
Нейтрализация сточных вод машиностроительных предприятий предназначена для выделения из сточных вод кислот, щелочей, а также солей металлов. Нейтрализация основана на объединении ионов водорода и гидроксильной группы в молекулу воды в результате чего получается нейтральная вода.
Нейтрализацию осуществляют: смешением кислых и щелочных производственных сточных вод ; смешением кислых производственных сточных вод с бытовыми, имеющими щелочной характер; добавлением щелочных реагентов в кислые сточные воды или фильтрацией кислых сточных вод через фильтровальную загрузку щелочного характера, например из частиц известняка или мрамора,
Электрокоагуляция применяется для очистки сточных вод гальванических или травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также от цианов.
Озонирование - процесс обработки сточной воды озоном для очистки от тяжелых металлов, цианидов, сульфидов и других растворимых примесей.
Термические методы очистки вод. На предприятиях отрасли образуются сточные воды, содержащие различные соли (кальция, магния, натрия и др.). Для обезвреживания минеральных сточных вод в основном используют термические методы, которые позволяют выделить из стоков соли с получением условно чистой воды, пригодной для оборотного водоснабжения. Процесс разделения минеральных веществ и воды может быть проведен в две стадии: концентрирования и выделения сухих веществ. Во многих случаях вторая стадия заменяется захоронением концентрированных растворов. Концентрированные сточные воды можно непосредственно направлять на выделение сухого продукта, например в распылительную сушилку.
По теплотворной способности промышленные стоки подразделяются на сточные воды, способные гореть самостоятельно, и на воды для термоокислительного обезвреживания которых необходимо добавлять топливо.
При использовании термоокислительных методов все органические вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окисляются кислородом воздуха при высоких температурах до нетоксичных соединений. К этим методам относят жидкофазное окисление, парафазное каталитическое окисление и пламенный метод. Выбор метода зависит от объема сточных вод, их состава и теплотворной способности, экономичности процесса и требований, предъявляемых к очищенным водам.
2.3. Санитарная оценка эффективности системы обезвреживании при однонаправленном действии примесей
На очистных сооружениях машиностроительных предприятий осуществляют контроль состава исходных и очищенных сточных вод, а также контроль эффективности работы очистных сооружений.
Состав производственных сточных вод может значительно колебаться в зависимости от вида и режима технологического процесса. Контроль состава исходных и очищенных сточных вод осуществляется один раз в 10 дней.
Пробы сточной воды отбирают в предварительно очищенную посуду , изготовленную из боросиликатного стекла или полиэтилена. Анализ следует проводить не позже, чем через 12 часов после отбора пробы, так как при большем времени выдерживания пробы в составе сточной воды могут произойти существенные изменения.
Для определения состава и свойств воды используются следующие характеристики :
· органолептические (цвет, вкус, запах, прозрачность, мутность);
· физико-химические (температура, электропроводность, оптическая плотность, значение рН, жесткость, общее содержание солей и др. );
· общее содержание растворенных веществ;
· содержание отдельных веществ (углерода, азота, серы);
химическое (ХПК) и биологическое (БПК) потребление кислорода;
Из органолептических показателей воды при анализе состава сточных вод контролируют цвет и запах. Цвет воды устанавливают измерением ее оптической плотности на спектрофотометре при различных длинах волн проходящего света.
Значение рН в сточных водах определяют электрометрическим способом, основанном на том, что при изменении рН в жидкости на единицу потенциал стеклянного электрода, опущенного в эту жидкость, изменяется на постоянную для данной температуры величину.
При определении грубодисперсных примесей в сточной воде измеряют массовую концентрацию механических примесей и фракционный состав частиц, для чего применяют фильтрование пробы сточной воды через специальные фильтроэлементы, а также измерение количества “сухого” осадка. Кроме этих характеристик периодически вычисляют скорости всплывания (осаждения) механических примесей. Эти анализы особенно актуальны в период отладки очистных сооружений.
Под ХПК понимается величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необходимым для окисления всех содержащихся в воде восстановителей. На практике окисление пробы сточной воды производится раствором бихромата калия в серной кислоте. Измерение ХПК осуществляют арбитражными методами, проводимыми с большой точностью за длительный период времени, и ускоренными методами, применяемыми для ежедневных анализов с целью контроля работы очистных сооружений или состояния воды в водоеме при постоянном расходе и составе сточных вод.
Содержание растворенного кислорода измеряют после заключительного процесса очистки непосредственно перед сбросом воды в водоемы. Это необходимо знать для оценки коррозионных свойств воды, а также для вычисления биологической потребности кислорода. Из лабораторных методов наибольшее применение имеет метод Винклера для обнаружения растворенного кислорода с концентрацией более 0,0002 кг/м3. Меньшие концентрации измеряют колориметрическими методами, основанными на изменении интенсивности цвета соединений, образовавшихся в результате реакции между специальными красителями и сточной водой.
Под БПК подразумевается количество кислорода (в миллиграммах), необходимое для окисления в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов органических веществ, содержащихся в одном литре сточной воды. Определение БПК производят на основе анализа изменения количества растворенного кислорода с течением времени. На практике обычно используют пятисуточное биохимическое потребление кислорода - БПК5 .
Измерение концентрации вредных веществ, для которых установлены ПДК, проводят на различных ступенях технологической схемы очистки , в том числе перед выпуском сточной воды в водоем.
большинство определений в настоящее время производится с помощью автоматических анализаторов. Анализ сточных вод ,прошедших очистную систему, позволяет установить качество очищенной воды и ее соответствие ПДК по нормируемым примесям.