2491_EI (1)

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Инженерные решения по очистке сточных вод предприятий железнодорожного транспорта

Методические указания к практическим, самостоятельным работам и дипломному проектированию по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

для студентов всех специальностей и форм обучения

Составители: О.А. Трошкина П.М. Володин А.С. Мокшанов

Самара

2010

1

УДК 656.2:628.3

Инженерные решения по очистке сточных вод предприятий железнодорожного транспорта : методические указания к практическим, самостоятельным работам и дипломному проектированию по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей и форм обучения [текст] / составители : О.А. Трошкина, П.М. Володин, А.С. Мокшанов. – Самара : СамГУПС, 2010. – 30 с.

Утверждены на заседании кафедры 18.01.2010 г., протокол № 5. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

В методических указаниях представлены устройства, соответствующие различным способам очистки сточных вод, общие принципы их действия, а также методы их расчета в форме задач для самостоятельной работы.

Составители: Ольга Александровна Трошкина Петр Михайлович Володин Алексей Сергеевич Мокшанов

Рецензенты: генеральный директор ОАО «Самараэкотранс» С.А. Привалов; доцент кафедры БЖД Е.А. Лысак

Подписано в печать 16.02.2010. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 1,88. Заказ № 15.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2010

2

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сточной водой называется использованная на бытовые или производственные нужды вода, получившая при этом загрязнения, изменившие её первоначальный химический состав или физические свойства, и подлежащая удалению с территории населенного пункта или промышленного предприятия.

Производственные сточные воды железнодорожных предприятий представляют собой сложные системы, содержащие минеральные и органические вещества, состав и количество которых, как правило, определяется характером технологических процессов. Загрязнения могут находиться в воде в виде взвешенных частиц различного размера (дисперсные системы – взвеси и коллоидные растворы) и в истинно растворенном состоянии. Взвеси характеризуются размером частиц не более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии), а коллоидные растворы – 0,1–0,0001 мкм. В растворах размеры частиц соизмеримы с размерами отдельных молекул или ионов. Взвеси делятся на суспензии – твердая фаза распределена в жидкой и эмульсии – жидкая фаза диспергирована в жидкости.

Очистка сточных вод предприятий железнодорожного транспорта может осуществляться механическими, физико-химическими, химическими, биологическими и другими методами. Взвешенные вещества, плавающие нефтепродукты и т.п. удаляются механическими методами: отстаиванием, фильтрацией, центрифугированием и др. Мелкодисперсные, коллоиднорастворенные и растворенные примеси удаляются физико-химическими способами, которые включают в себя коагуляцию, флотацию, сорбцию, флокуляцию, ионный обмен, ультрафильтрацию, и химическими – озонирование, реагентное воздействие, умягчение и др.

Из-за сложного состава сточных вод при их очистке используются комбинации различных методов. Во всех случаях первой стадией является механическая очистка, способствующая удалению взвешенных частиц.

2. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

2.1. Механические методы

Для удаления взвешенных частиц (твердых и жидких) используют гидромеханические способы очистки, а также фильтрование. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, их свойств, концентрации, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.

3

Обычно механическая очистка предшествует биологическому, физикохимическому или другому методу глубокой очистки. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ до 90–95% и снижение органических загрязнений до 20–25%. Стандартная схема очистки состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. В ряде случаев возможно применение и других устройств, таких как осветлители, нефтеловушки, гидроциклоны, центрифуги и сепараторы.

С целью обеспечения надежной работы сооружений механической очистки производственных сточных вод рекомендуется применять не менее двух рабочих единиц основного технологического оборудования – решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или фильтров.

На рис.1.1 представлена схема механической очистки производственных сточных вод.

Рис. 1.1. Схема механической очистки производственных сточных вод:

I – вариант с дроблением с дроблением отходов и отводом их в канализацию;

II – вариант с вывозом отходов в контейнерах на обезвреживание; 1 – приемная камера; 2 – решетки механические с дробилками; 3 – песколовки; 4 – водоизмерительное устройство; 5 – усреднители; 6 – отстойники; 7 – фильтры; 8 – насосная станция

4

2.1.1. Решетки для процеживания. Процеживание сточных вод осуществляют путем их пропускания через решетки с целью извлечения из них крупных примесей, которые могут засорить трубы и каналы. Решетки представляют собой металлическую раму, внутри которой установлен ряд параллельных стержней, поставленных на пути движения сточных вод. Расстояние между стержнями обычно составляет 16 мм.

Очистка решеток от задержанных ими отбросов производится с помощью механизмов. Снятые отбросы по транспортеру отправляются в дробилку. После измельчения отбросы сбрасывают в поток сточной воды за решеткой или направляют на переработку. На рис. 1.2 представлена схема решетки.

Рис. 1.2. Схема решетки:

1 – решетка из металлических стержней; 2 – механизм для снятия задержанных решеткой загрязнений; 3 – транспортер для подачи задержанных загрязнений в дробилку

В последнее время получили распространение решетки, совмещенные с дробилками, позволяющие измельчать примеси без извлечения их из сточных вод.

2.1.2. Песколовки. Песколовки применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений с крупностью частиц более 200 мкм. Песколовки предназначены для осаждения мелкого песка, гравия и других минеральных примесей. Они облегчают дальнейшую очистку сточных вод от органических загрязнений в отстойниках, аэротенках и других очистных сооружений. Число песколовок или отделений песколовок принимают не менее двух, причем все песколовки должны быть рабочими. Они устанавливаются при пропускной способности станции очистки сточных вод более 100 м3/сут. К основным типам песколовок относятся следующие: горизонтальные с круговым движением сточных вод, горизонтальные с прямолинейным движением сточной

5

воды, аэрируемые песколовки, тангенциальные песколовки со шнековым пескопромывателем.

Горизонтальные песколовки с круговым движением сточной воды предназначены для удаления песка из производственных сточных вод, имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию. Они рассчитаны на производительность 1400–70000 м3/сут.

Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением сточной воды обладают пропускной способностью 70–280 тыс. м3/сут.

Скорость движения сточных вод составляет при максимальном расходе 0,3 м/с и при минимальном 0,15 м/с.

Схема горизонтальной песколовки с прямолинейным движением сточной воды представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема горизонтальной песколовки:

1 – входной патрубок, 2 – корпус песколовки, 3 – шламосборник, 4 – выходной патрубок

Горизонтальная песколовка работает следующим образом. Поток сточной воды поступает в нее через патрубок 1. Осаждающиеся в процессе движения воды твердые частицы скапливаются в шламосборнике 3 и на дне песколовки. Очищенная сточная вода удаляется через патрубок 4 и направляется на дальнейшую переработку. Время пребывания сточных вод в песколовке обычно составляет 0,5–2,0 мин.

Аэрируемые песколовки применяются для выделения содержащихся в сточной воде минеральных частиц с гидравлической крупностью 13–18 мм/с. Скорость движения сточных вод составляет 0,08–0,12 м/с при максимальном притоке. Пропускная способность аэрируемых песколовок составляет 70–280 тыс. м3/сут. Схема аэрируемой песколовки представлена на рис. 1.4.

6

Рис. 1.4. Схема аэрируемой песколовки:

1 – входной патрубок, 2 – воздуховод, 3 – воздухораспределитель, 4 – выходной патрубок, 5 – шламосборник, 6 – устройство для удаления шлама

Указанные песколовки используют для разделения твердых частиц по фракционному составу и по плотности. Сточная вода поступает через патрубок 1. Крупные фракции осаждаются, как и в горизонтальной песколовке. Мелкие фракции, обволакиваясь пузырьками воздуха, который подается по воздуховоду 2 через воздухораспределители 3, всплывают вверх и с помощью скребковых механизмов удаляются с поверхности. Очищенная вода отводится через патрубок 4. Крупные фракции удаляются из шламосборника 5 при помощи устройства для удаления шлама 6.

2.1.3.Отстойники применяют в качестве первой ступени очистных сооружений. Отстаивание является наиболее распространенным методом удаления взвешенных веществ и нефтепродуктов из воды. Оно основано на разности плотности воды и загрязняющих веществ, благодаря чему они либо всплывают на поверхность (нефтепродукты), либо оседают (взвешенные вещества, частицы металлов). Отстойники применяются для выделения из сточных вод нерастворенных механических примесей и частично коллоидных загрязнений минерального и органического происхождения. Отстойники могут применять для предварительной очистки сточных вод с последующей биологической очисткой, а также и как самостоятельные сооружения, если по санитарным условиям достаточно отделение только механических примесей.

По направлению движения воды они разделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные (рис. 1.5, а, б, в).

2.1.4.Нефтеловушки преимущественно горизонтального типа (рис. 1.6) применяют для очистки сточных вод от основной массы нефтепродуктов (более 100 мг/л). Принцип их работы основан на различии в плотности нефтепродуктов

имеханических примесей. Всплывающую нефть собирают щелевыми поворотными трубами, а твердый осадок удаляют через донный клапан или гидроэжектором. Для обогрева всплывающего слоя нефтепродуктов в зимнее время предусмотрен паровой подогреватель. Эффективность очистки сточных

7

вод от нефтепродуктов в горизонтальных нефтеловушках составляет 60–70 %, а в многополочных достигает 98 %.

Рис. 1.5. Отстойники:

а) – горизонтальный: 1 – входной лоток; 2 – отстойная камера; 3 – выходной лоток; 4 – приямок; б) – вертикальный; 1 – цилиндрическая часть; 2 – центральная труба;

Рис. 1.6. Нефтеловушка:

1 – скребковый механизм; 2 – нефтесборная труба; 3– гидроэлеватор

2.1.5. Осветлители (рис. 1.7) применяют для очистки сточной воды, содержащей органические загрязнения, путем предварительной ее аэрации, флокуляции и отстаивания с последующей фильтрацией через образующийся слой взвешенного осадка в восходящем потоке.

Осадок удаляется в осадко-уплотнитель, а осветленная вода поступает в желоб, из которого направляется на дальнейшую очистку. Эффективность осветления сточных вод, способных к флокуляции, составляет 70 %, в то время как в вертикальных отстойниках она не превышает 40 %.

8

Рис. 1.7. Блок осветлителя:

1– осветлитель; 2 – желоб; 3 – осадкоуплотнитель

2.1.6.Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодисперсных или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднительно. Используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры, барабанные сетки) и фильтры с фильтрующим зернистым слоем. Фильтры с зернистым слоем получили большое распространение. Они подразделяются на медленные и скоростные (скорые), открытые и закрытые. Высота слоя в открытых фильтрах равна 1–2 м, в закрытых – 0,5–1 м. Напор воды в закрытых фильтрах создается насосами.

Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц. При содержании взвешенных примесей в сточных водах до 25 мг/л принимают скорость фильтрования 0,2 – 0,3 м3 /ч; при 25– 50 мг/л 0,1–0,2 м3 /ч.

Достоинством таких фильтров является высокая степень очистки, недостатком – большие размеры, высокая стоимость и сложность удаления осадков.

Скоростные фильтры (рис. 1.8) могут быть двух типов: однослойные и многослойные.

У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из однородного материала, у многослойных – из смеси различных материалов (песок, антрацит и др.). Сточная вода проходит через фильтрующий материал и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят его промывку, подавая промывную воду снизу вверх. Общая высота слоя загрузки составляет 1,5–2,0 м. Скорость фильтрования принимается равной 12–20 м/ч. Для более эффективной очистки фильтров используют водо-воздушную промывку, при

9

которой зернистый слой сначала продувается воздухом для взрыхления, а затем подается вода. Интенсивность подачи воздуха изменяется в пределах от 18 до 22 л (м2 /с), а воды – от 6 до 7 л (м2 /с).

Рис. 1.8. Скоростной контактный фильтр:

1 – корпус; 2 – система удаления промывных вод; 3 – система подачи сточных вод;

4 – система подачи промывных вод; 5 – пористый дренаж; 6 – фильтрующий материал

В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, керамзит, графит, кокс, полимерные материалы. Для нормальной работы фильтра исходное содержание нефтепродуктов в сточной воде не должно превышать 60–80 мг/л, а механических примесей –50 мг/л.

Фильтры позволяют снизить концентрации взвешенных веществ в стоках с железнодорожных предприятий на 80–90 %, 70–85 % -БПКполн , нефтепродуктов – до 2 г/м3. Фильтры в климатических зонах с расчетной зимней температурой –25 °С размещают в зданиях. Открытые фильтры можно проектировать в районах с расчетной зимней температурой выше –25 °С.

Для очистки нефтесодержащих сточных вод внедрена промышленная установка «Кристалл» (рис. 1.9).

На этой установке были испытаны клеевые объемные фильтровальные материалы сипрон и вазопрон, которые показали высокую адсорбционную активность к нефтепродуктам.

Практическое применение находит эффективный фильтрующий материал пенополиуретан (ППУ), 1 дм2 которого поглощает 950–980 г нефтепродуктов. Пенополиуретан регенерирует так же, как нетканые материалы; при этом с него удаляется до 95% нефтепродуктов. Применение этого материала позволяет проводить фильтрование со скоростью 15–30 м3 /ч. На основе пенополиуретана разработаны фильтры «Полимер» для очистки сточных вод от масел и нефтепродуктов. Фильтры представляют собой прямоугольные в плане емкости, заполненные измельченным пенополиуретаном (рис. 1.10).

10