Аппаратурно-технологические схемы регенерации сточных вод и утилизации отходов

1. Аппаратурно-технологические схемы регенерации сточных вод и утилизации отходов

Вторичное использование  стоков зданий после соответствующей  обработки может успешно способствовать решению кризисных ситуаций, существующих в регионах с недостаточными запасами водных ресурсов.

Во многих регионах нашей  страны имеются серьезные проблемы с водоснабжением в силу недостаточности  водных ресурсов, и, как следствие, водосберегающие  технологии приобретают здесь чрезвычайно  большое значение.

Меры, которые могли бы способствовать экономии природных  ресурсов и внести существенный вклад  в решение проблемы или, по крайней  мере, снять ее остроту, представляются следующими:

– стимулирование сокращения потребления;

– регенерация воды (если возможно);

– повторное использование  стоков и дождевой воды (как правило, требует дополнительной обработки).

В частности, вторичная утилизация уже использованной воды сокращает  уровень загрязнения природных  массивов, принимающих сточные воды. Сбор дождевой воды в ваннах или  водосборных резервуарах с последующим  плановым использованием позволяет  предотвратить перегрузку канализационной  сети в случае интенсивных осадков. Кроме того, если бытовые и канализационные  стоки сливаются в один канализационный  канал, это позволяет не так сильно разжижать нечистоты, поскольку  в противном случае это нарушило бы биологическую фазу очистки. В  части вторичного использования  такой воды для защиты здоровья населения  установлены определенные требования в отношении санитарно-гигиенических  и химических параметров. В зависимости  от требуемого качества конечного продукта очистка может быть более или  менее сложной.

Вторичное использование  разрешается при условии, если будет  обеспечена полная экологическая безопасность (т. е. такое использование не должно наносить ущерб сложившейся экосистеме, почве и культурным растениям), а также исключен всякий риск для местного населения в санитарно-гигиеническом отношении. Таким образом, очень важно, чтобы в рамках любого такого проекта тщательно соблюдались требования действующих нормативных документов в части охраны здоровья и безопасности, а также действующие отраслевые нормы и правила для промышленности и сельского хозяйства.

В большинстве случаев, чтобы  воду можно было направить на вторичное  использование, требуется ее предварительная  очистка. Выбор степени такой  очистки определяется установленными требованиями санитарно-гигиенической  безопасности и стоимостными параметрами. Для организации снабжения вторичной  регенерированной воды после очистки  необходим выделенный распределительный трубопровод.

В соответствии с постановлением в отношении использования регенерированной воды выделяются три основные категории:

– системы орошения: полив  культурных растений, предназначенных  для производства пищевых продуктов  для потребления человеком и  домашними животными, а также  продуктов непродовольственной  сферы, полив участков озеленения, садово-парковых зон и спортивных объектов;

– гражданское назначение: мойка мостовых и тротуаров населенных пунктов, водоснабжение отопительных сетей и сетей кондиционирования  воздуха, водоснабжение вторичных  водораспределительных сетей (отдельно от питьевого водопровода) без права  непосредственного использования  такой воды в зданиях гражданского назначения за исключением систем слива  туалетов и санузлов;

– промышленное назначение: снабжение систем пожаротушения, производственных контуров, моечных систем, термических  циклов производственных процессов  с исключением областей применения, предусматривающих контактирование  вторичной регенерированнойводы с  пищевой, фармацевтической и косметической  продукцией.

Методика очистки сточных  вод в каждом конкретном случае в  зависимости от требуемого конечного  качества продукта может предусматривать следующие виды обработки:

– предварительная очистка: включает в себя пропускание через  сито (удаление крупных твердых частиц), удаление песка (через посредство ванн седиментации), предварительную аэрацию, извлечение масляных частиц (воздушной  продувкой на поверхность сгоняется  большая часть масел и жиров), просеивание (удаление взвешенных частиц при помощи вращающихся сит);

– первичная очистка выполняется  путем седиментации: в ванне седиментации посредством механической декантации сепарируется значительная часть осаждающихся твердых частиц. Процесс может  форсироваться путем применения химических добавок (флокулянтов): в  ваннах флокуляционного осветления повышается выпадаемость твердых частиц, а также выпадаемость неосаждаемых взвешенных частиц;

– вторичная очистка с  применением аэробных бактерий, обеспечивающих биологическое разрушение органической нагрузки, таким образом осуществляется биологическое окисление взвешенного  биологически разрушаемого органического  вещества, растворенного в сточных  водах. Методы очистки могут подразумевать  процессы с взвешенной биомассой (активные грязи), когда грязь поддерживается в состоянии постоянного перемешивания  с нечистотами, и процессы с адгезионной  биомассой (предусматривающие перколяторную  основу или вращательно-биодисковую  подложку), в ходе которых обеззараживающие бактерии присоединяются к фиксированной  основе;

– очистка третьего уровня применяется после первичной  и вторичной в случае, когда  в соответствии с требованиями качества, предъявляемым к очищенной воде, из нее должны удаляться питательные  вещества (нитраты и фосфаты);

– нитрификация, денитритификация, дефосфоризация: очистные процессы, обеспечивающие соответственно превращение органического  азота в нитраты, разложение нитратов с образованием газообразного азота, удаление из сточной воды растворимых солей фосфора;

– финишная дезинфекция  применяется, когда требуется обеспечить полную санитарно-гигиеническую безопасность сточной воды. Методика предусматривает  использование реагентов на основе хлора либо озонирование, либо обработку  ультрафиолетовым облучением. Помимо выше перечисленных способов существуют еще две технологии естественной очистки сточных вод, которые  вполне могут применяться в качестве очистки второго или третьего уровня. Это фитоочистка и биологическое  отстаивание (или лагунирование). Обе  технологии применяются главным  образом в небольших водоочистных сооружениях или в районах, где  имеется возможность использовать обширные территории. Суть фитоочистки  заключается в том, что сточную  воду постепенно заливают в ванны  или каналы, где поверхность (глубина  воды 40–60 см) находится непосредственно  под открытым небом, а дно, находящееся  все время под водой, служит основой  корней особого вида растений. Задача растений – способствовать созданию микросреды, пригодной для размножения  микробной флоры, осуществляющей биологическую  очистку. Пройдя очистную ванну, вода медленно, причем в объеме, равном залитому объему воды, направляется на дальнейшее использование.

Известны две схемы  организации реагентного хозяйства: первая –предусматривает получение с заводов-поставщиков готовой продукции, которую затем с помощью специальных дозаторов вводят в обрабатываемую воду; вторая – основана на получении с заводов полуфабрикатов, нуждающихся в дальнейшей обработке и доведении до продукта, удобного для дозирования.

Употребляемые при обработке  воды реагенты вводятся в виде порошков или гранул (сухое дозирование) либо в виде водных растворов или суспензий (мокрое дозирование). Оба способа  дозирования требуют организации  на водоочистном комплексе реагентного  хозяйства. В первом случае на водоочистном заводе должны быть предусмотрены склад  готовой продукции и аппараты-дозаторы. Во втором, –учитывая, что реагенты поступают в виде полуфабрикатов, необходимо предусмотреть помимо склада аппаратуру для приготовления растворов (или суспензий) реагентов и дозирования в обрабатываемую воду. При этом возможно складирование реагентов в сухом виде навалом или в специальной таре либо в виде высококонцентрированных растворов в специальных емкостях.

Во избежание потерь коагулянта в результате слеживания, а также  при выполнении трудоемких погрузочно-разгрузочных работ при доставке коагулянта и  загрузке растворных баков в настоящее  время широко распространено хранение коагулянта в жидком виде. С этой целью на водоочистном заводе предусматривают  резервуары большего объема, в которых заготовляют расчетный запас коагулянта в виде раствора высокой концентрации (до 30%), загружая их коагулянтом, доставляемым с завода-изготовителя в кусках. В процессе эксплуатации концентрированный раствор коагулянта передают в расходные баки, где доводят раствор до рабочей концентрации 10-12%, а затем дозируют в обрабатываемую воду.

Для хранения реагентов в  сухом виде предусматривают закрытые помещения на первом этаже вблизи от растворных баков. При хранении навалом  сульфата алюминия и негашеной извести  высоту слоя принимают соответственно 1,5 и 2 м, а при наличии соответствующей  механизации допускается увеличение высоты слоя до 2,5 и 3,5 м. Высоту слоя поваренной соли следует принимать до 2 м.

2. Реагентное хозяйство. Оборудование. Обслуживание оборудования

Реагентное хозяйство  является одним из важнейших, хотя и  вспомогательным, звеном в составе  сооружений по очистке как природных, так и сточных вод, а также по обработке их осадков. Реагентное хозяйство представляет собой комплекс сооружений и оборудования, предназначенный для приема, складирования, приготовления растворов и дозирования различных видов реагентов, применяемых в системах водоснабжения и канализации.

Реагентное  хозяйство представляет собой комплекс сооружений, обеспечивающий хранение запасов реагентов, приготовление-растворов, внутреннее транспортирование и дозирование их.

В условиях роста производительности водопроводов, разнообразия методов  очистки вода, применения разных видов  коагулянтов и флокулянтов реагентное хозяйство усложнилось. Реагентное хозяйство включает в себя значительное число емкостных сооружений, складские помещения, разного рода мешалки, известегасилки, насосное и воздуходувное оборудование с трубопроводами и арматурой, дозирующие устройства, вспомогательные помещения. Особенностью хозяйства является большая насыщенность оборудованием, работа с агрессивными средами, требующими применения кислотоупорных материалов и специальной запорной арматуры.

Баки для растворения  реагентов и хранения готового раствора должны быть испытаны на водонепроницаемость. Допустимая утечка воды из бетонных и  железобетонных емкостей должна составлять не более 2 л на квадратный метр смоченной  поверхности в сутки. Гидравлические испытания проводят аналогично испытаниям резервуаров чистой воды. После, гидравлического  испытания внутренняя поверхность  баков должна быть облицована кислотоупорными  материалами или красками в несколько  слоев.

Насосы, трубопроводы и арматура также должны применяться из кислотостойких материалов или иметь внутреннюю кислотостойкую футеровку. Трубопроводы, транспортирующие агрессивные растворы, должны быть продублированы для бесперебойности  дозирования коагулянта и возможности производства ремонтных работ. Важнейшие непрерывно работающее механизмы и устройства, подверженные непосредственному воздействию агрессивных сред, должны быть также продублированы.

Учитывая, что во время  эксплуатации при растворении коагулянта образуется значительное количество нерастворившихся частиц, а также возможно отложение  осадка в трубах, несущих растворы реагентов, при приемке необходимо обратить внимание на:

– устройства для перемешивания и постоянного поддерживания во взвешенном состоянии нерастворимых частиц в растворе, при использовании для этих целей барботирования, нужно, чтобы воздухораспределительная система обеспечивала равномерную подачу воздуха по всей площади баков и скорость выхода воздуха из отверстий была не ниже 30 м/с;

–возможность создания повышенных скоростей в трубах, достаточных для уноса осевших частиц;

–правильную прокладку трубопроводов с минимальным количеством колен, тройников, застойных зон и провисших участков, где могут образовываться скопления осадка;

–наличие достаточного количества ревизий, прочисток и мест разъема труб;

–возможность промывки всех участков трубопроводов чистой водой. Вообще целесообразно в отдельных местах устраивать открытые лотки вместо трубопроводов.

Большинство из вышеупомянутых пунктов предусматривают на стадии рабочего проектирования, однако при  исполнении монтажники допускают отклонения, особенно при прокладке трубопроводов  малого диаметра, не представляя последствий  при эксплуатации этих систем.

Наладчики и эксплуатационный персонал совместно с монтажниками должны опробовать вое насосы, задвижки и другое оборудование поэлементно  в работе вначале на чистой воде, затем на приготовленных растворах  реагентов, с составлением актов  о их готовности к пуску в пробную  эксплуатацию.

Учитывая большую трудоемкость погрузо-разгрузочных работ из вагонов  и автомашин, и приготовления  из них растворов, должна быть предусмотрена  максимальная механизация этих процессов. В настоящее время наиболее прогрессивной  является следующая схема выполнения этих работ, требующая минимальных  физических сил обслуживающего персонала: коагулянт доставляется самосвалами, загружается в растворные баки, туда же подается определенное количество воды, производится их перемешивание, барботированием до заданной концентрации. Затем раствор перекачивается насосами в резервуары для мокрого хранения, откуда по мере надобности он перекачивается в расходные баки, доводится до нужной концентрации и дозируется в  обрабатываемую воду.

В затворных баках нижняя часть должна иметь наклонные  стенки под углом 45 градусов к трубопроводу для опорожнения и сброса осадка диаметром не менее 150 мм. Забор раствора коагулянта из расходных баков должен производиться из верхних слоев  с помощью поплавковых устройств. До пробного пуска на станции должен быть создан эапас необходимых реагентов, обучен и подготовлен обслуживающий персонал.

Основными задачами эксплуатации реагентного  хозяйства являются: своевременное и качественное приготовление растворов реагентов и выполнение заданных режимов бесперебойного дозирования их в обрабатываемую воду.

При эксплуатации реагёнтного  хозяйства выполняются следующие  основные виды работ:

–погруэо-разгрузочше работы, перевозка поступающих обычно в железнодорожных вагонах коагулянтов, флокулянтов и др.;

–складирование реагентов в соответствии с правилами хренения, при приемке каждой партии вагонов проверяется сопровождающий сертификат, местная лаборатория производит контрольный анализ;

–приготовление и дозирование реагентов с соблюдением последовательности и интервалов времени между их введением;

–промывка и очистка баков и систем от нерастворившихся частиц;

–проведение ППО и ППР сооружений и оборудования;

–организация учета расхода реагентов, составление годовых заявок на них, ведение технической и отчетной документации.

Структура управления и штаты  работников реагёнтного хозяйства  зависят от расхода реагентов, их видов, способов хранения, степени механизации  процессов и других местных условий.

В штате  работников реагентного хозяйства должны быть:

–лицо, отвечающее за содержание сооружений и оборудования, ведущее учет расходования реагентов, осуществляющее надзор за разгрузочными работами;

–грузчики (на малых сооружениях, где расход реагентов небольшой, эту работу выполняют рабочие, снимаемые по прибытии вагонов с других участков станции;

–операторы, отвечающие аа приготовление и непрерывное дозирование реагентов;

– слесари и электромонтеры, осуществляющие текущий и профилактический ремонт коммуникаций и оборудования.

Режимы peaгентной обработки  воды в различные периоды года и виды применяемых реагентов, их дозы устанавливают работники лаборатории  очистной станции. Точность дозирования  реагентов должна иметь отклонения пределах 5 %.

Возможные неполадки в  работе реагёнтного хозяйства чаще всего, создаются условиями эксплуатации емкостных сооружений, механизмов, трубопроводов и приборов в агрессивных  средах. Даже подъемно-транспортные механизмы, непосредственно не соприкасающиеся  с коагулянтом или хлором, подвергаются усиленной коррозии металлов под  действием паров и пыли реагентов. В худших условиях находятся сооружения и механизмы, непосредственно контактирующие с растворами реагентов - это емкости для агрессивных растворов, дробилки, мешалки, насосы, дозаторы, трубопроводы и др. Несмотря на то, что детали механизмов, непосредственно соприкасающиеся с раствором, изготавливаются из кислотостойких материалов, их износ и разрушение происходит значительно быстрее, чем при работе с неагрессивными средами.

При организации эксплуатации должна быть учтена вероятность выхода из строя подобных устройств и  механизмов, поэтому необходимо иметь  запас наиболее подверженных разрушению деталей, а некоторые элементы реагёнтного  хозяйстве должны быть продублированы: трубопровода, насосы и др. Вторым фактором, вызывающим затруднения и неполадки в работе реагентного хозяйства, являются отложение реагентов на рабочих органах механизмов, а также, как отмечалось выше, выпадение в осадок нерастворившихся частиц реагиитов в баках, трубопроводах, механизмах и др. Поэтому необходимо периодически производить очистку баков от осадка и промывку всех участков труб чистой водой.

2.1 Основные реагенты. Применение

В качестве основных реагентов, используемых при осветлении и обесцвечивании хозяйственно-питьевой воды, применяются: сульфат алюминия, алюминат натрия, хлористый алюминий, оксихлорид алюминия, сульфит железа, сульфат железа, хлорное железо, гашеная известь, сода, полиакриламид, озон.

Состав и дозы реагентов, последовательность и места их введения в обрабатываемую воду, начало и  конец периода применения различных  реагентов устанавливаются главным  инженером или технологом станции  совместно с заведующим лабораторией на основании физико-химических, санитарно-бактериологических и технологических анализов исходной воды и воды, прошедшей обработку  на отдельных сооружениях, а также  с учетом опыта производственной обработки ее на собственной станции  или на аналогичных станциях. Принятые технологические схемы обработки  воды утверждаются по представлению  начальника водопроводной станции  и согласуются с местными органами Государственного санитарного надзора.

Место ввода реагентов  и их ориентировочные дозы, принимаемые  при проектировании реагентного  хозяйства, в ходе эксплуатации станций  постоянно корректируются.

Твердые реагенты растворяются в растворных баках по инструкциям, составленным на основе типовых, но с  учетом местных условий.  Растворение  реагента  может осуществляться  как  по массе, так и по объему. Учет расхода реагентов, подаваемых со склада, производится по сменам. Крепость раствора реагентов контролируется по его плотности или титрованием

Рабочие, занятые на транспортировке  реагентов (особенно извести, хлорной  извести и активированного угля), должны работать в спецодежде и по окончании смены принимать душ. Взвешивание хлорной извести  вручную и ее дозирование следует  производить в противогазах.

Проверка дозирующих устройств  производится, как правило, ежеквартально, но не реже 2 раз в год и заключается  в осмотре арматуры, проверке отсутствия засорений, состояния соединений и  т. п.

3. Техника безопасности в реагентном хозяйстве

Техника безопасности сводится в основном к защите обслуживающего персонала от воздействия реагентов  и их растворов и npaвилам обращения с ними.

При погрузочно-разгрузочных работах персонал должен быть проинструктирован  по технике безопасности при работе с данным видом реагента. При смыве  осадков коагулянта и извести  рабочие должны быть одеты в брезентовые  или резиновые комбинезоны, резиновые  сапоги, перчатки, защитные очки. При  работе с пылевидными реагентами должны применяться противонылевые респираторы.

По окончании работ  с реагентами рабочие должны принять  душ.

На  складах реагентов запрещается  хранить:

1) в одном помещении реагенты, могущие вступать в химическую реакцию;

2) взрывчатые и огнеопасные вещества;

3) реагенты в количествах, превышающих расчетную вместимость склада.

При работе с активированным углем необходимо выполнять мероприятия, предотвращающие взрыв угольной пыли; запрещается курение в этом помещении, электрооборудование должно быть искробезопасным, пусковая аппаратура должна устанавливаться вне помещения  угольного склада. Склады реагентов  и помещения для приготовление  растворов должны быть оборудоваы приточно-вытяжной вентиляцией.

Документация, учет и техническая отчетность

В реагентном хозяйстве должна иметься техническая документация и вестись журналы учета раздельно  по каждому виду реагентов, а именно:

1) высотная схема реагентного хозяйства с отметками, обвязкой трубопроводами, размещением задвижек и вентилей;

2) технологические схемы приготовления, транспортирования и дозирования реагентов, вывешенные на рабочих местах для обслуживающего персонала;

3) эксплуатационные паспорта на складские и емкостные сооружения, механизмы: насосы, воздуходувки, грузоподъемные устройства;

4) журналы учета поступления реагентов с сертификатами и их анализами местной лабораторией;

5) журналы ежесменных, месячных расходов реагентов;

6) журнал регистрации дозирования реагентов за каждый час;

7) инструкции по хранению, приготовлению растворов каждого химического реагента в отдельности;

8) правила техники безопасности при работе с реагентами;

9) должностые инструкции и др. документация.

Литература

1. Алексеев  Л.С., Гладков В.А. Улучшение качества мягких вод. М., Стройиздат, 1994 г.
2. Алферова Л.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М., 1984.
3. Аюкаев Р.И., Мельцер В.3. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды.Л., 1985.
4. Вейцер Ю.М., Мииц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. М., 1984.
5. Егоров А.И. Гидравлика напорных трубчатых систем в водопроводных очистных сооружениях. М., 1984.
6. Журба М.Г. Очистки воды на зернистых фильтрах. Львов, 1980.