Очистка сточных вод машиностроительного завода

 

Федеральное агенство по образованию 

Калужский  филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального  образования 

“Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана”

 

 

 

Кафедра ФН 2 – КФ “Промышленная экология”

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

к курсовому проекту по дисциплине

"Системы  защиты среды обитания"

на  тему «Очистка сточных вод машиностроительного завода»

 

 

 

Выполнил: Кулакова Е.Н.

Группа: ЭКД-91

Проверил: Яковлева О.В.

 

 

 

 

 

 

 Калуга

2008

Задание на курсовой проект

  1. Разработать блок-схему очистки сточных вод производства.
  2. Обосновать составление схемы канализования предприятия и блок-схемы очистки сточных вод.
  3. Разработать технологическую схему очистки сточных вод и обработки осадка на основании задания.
  4. Рассчитать сооружения очистки сточных вод.
  5. Описать применяемые передовые технологические процессы очистки промышленных стоков.
  6. Представить выводы на основании выполненного задания.

 

Исходные данные

 

Нефтепродукты – 100 мг/л

Взвешенные  вещества – 450    мг/л

Медь  – 1,5 мг/л

Цинк – 10,7 мг/л

Хром (III) – 10 мг/л

Хром (VI) – 80 мг/л

Железо  – 0,9 мг/л

Никель  – 10 мг/л

Алюминий  – 9 мг/л

Серная  кислота – 190 мг/л                                       

БПК – 40 мг/л

 

Предприятие – машиностроительный завод.

Производительность  предприятия Q = 11250 м³/сут.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание 

 

стр

Введение…………………………………………………………………………... 4            4

    1. Классификация сточных вод машиностроительного предприятия………... 5
    2. Обоснование схемы канализования предприятия и блок схемы очистки сточных вод …………………………………………………………………..7
      1. Описание схемы канализования предприятия ……………………….7
      2. Описание блок-схемы очистки сточных вод …………………………8
    3. Описание технологической схемы …………………………………………11
      1. Приемный резервуар …………………………………………………11
      1. Назначение приемного резервуара ………………………………11
      2. Расчет приемного резервуара …………………………………….11
      1. Барьерные фильтры ………………………………………………….11
      1. Описание барьерных фильтров ………………………………….11
      2. Расчет барьерных фильтров ………………………………………12
      1. Ионообменная установка …………………………………………….12
      1. Процесс ионного обмена …………………………………………12
      2. Расчет ионообменной установки …………………………………14
      3. Расчет реагентного хозяйства  ……………………………………16
      1. Резервуар сбора очищенной воды …………………………………..17
      1. Назначение резервуара ……………………………………………17
      2. Расчет резервуара сбора очищенной воды ………………………17
      1. Нефтеловушка  ……………………………………………………….17
      1. Описание нефтеловушки …………………………………………17
      2. Расчет нефтеловушки ……………………………………………18
      1. Смеситель  …………………………………………………………….19
      1. Описание смесителя ………………………………………………19
      2. Расчет смесителя ………………………………………………….19
      1. Реактор  ……………………………………………………………….22
      1. Описание процесса ……………………………………………….22
      2. Расчет реактора вихревого типа …………………………………22
      3. Расчет реагентного хозяйства ……………………………………24
      1. Осветлитель  …………………………………………………………..25
      1. Описание процесса ………………………………………………..25
      2. Расчет осветлителя коридорного типа …………………………..26
      1. Горизонтальный отстойник …………………………………………28
      1. Описание горизонтального отстойника …………………………28
      2. Расчет горизонтального отстойника ……………………………..28
      1. Обработка осадка …………………………………………………….30
      1. Описание процесса…………………………………………..30
      2. Расчет уплотнителя………………………………………….30

Заключение………………………………………………………………………33

Список  литературы..…………………………………………………………….34

Приложение…….………………………………………………………………..35

 

Введение

 

Каждый  город и промышленное предприятие  имеют комплекс подземных самотечных трубопроводов, очистных и других сооружений, с помощью которых осуществляется отвод использованных и отработавших вод, очистка и обеззараживание  их, а также обработка и обезвреживание образующихся при этом осадков с  одновременной  утилизацией ценных веществ.  Такие комплексы называются системами водоотведения. 

Сточные воды образуются при использовании  природной или водопроводной  воды для бытовых целей и технологических  процессов промышленных предприятий. К сточным водам относятся  также атмосферные осадки – дождевые и талые воды, выпадающие на территориях  городов, населенных мест  и промышленных предприятий. Сточными водами являются также подземные воды, извлекаемые  из   шахт на поверхность земли при разработке  рудных и нерудных полезных ископаемых. Сточные воды содержат  в своем составе органические загрязнения, которые способны загнивать и служить средой для развития различных микроорганизмов, в том числе и патогенных. Такие воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий. Сточные воды могут содержать в своем  составе и минеральные загрязнения, вредные и токсические вещества. Все сточные воды способны нарушить санитарно-эпидемиологическое благополучие населения городов и промышленных предприятий. Они являются источником загрязнения окружающей природной среды. 

Для предотвращения загрязнения водных ресурсов внедряется очистка сточных  вод перед их сбросом в водные объекты. Разработаны и используются в промышленности различные методы механической, физико-химической и  биологической очистки сточных  вод, позволяющие утилизировать  ценные примеси и эффективно обезвреживать  сточные воды от вредных примесей.

Комплексная очистка сточных вод  от примесей осуществляется путем применения технологических схем, включающих несколько методов очистки. Схема очистки сточных вод должна обеспечивать минимальный сброс загрязняющих веществ в водоем, максимальное использование очищенных сточных вод в технологических процессах и системах оборотного водоснабжения, более полное извлечение ценных примесей.

Целью данного курсового проекта  является разработка схемы очистки сточных вод машиностроительного завода, которая обеспечит рациональное использование очищенной воды и минимальный сброс загрязняющих веществ в водоем.

 

 

 

 

 

 

    1. Классификация сточных вод машиностроительных предприятий

 

Количество  производственных сточных вод на машиностроительных заводах колеблется в значительных пределах в зависимости  от характера производства и их мощности.

Сточные воды большинства заводов машиностроительной промышленности можно разделить  на следующие основные категории:

I - чистые от охлаждения технологического оборудования (50-80% общего количества);

II - загрязненные механическими примесями и маслами (10-15%);

III - загрязненные кислотами, щелочами, солями, соединениями хрома, циана и другими химическими веществами (5-10%);

IV - отработавшие смазочно-охлаждающие жидкости или эмульсии (до 1%);

V - загрязненные пылью вентиляционных систем и горелой землей литейных цехов (10-20%);

VI - поверхностные (дождевые, талые, поливочно-моечные).

Сточные воды I категории следует использовать в системе оборотного водоснабжения с охлаждением на градирнях, в брызгальных бассейнах, в закрытых теплообменных аппаратах.

Сточные воды II категории после очистки до концентрации механических примесей 10-30 мг/л и масел 5-20 мг/л целесообразно возвращать на технологические нужды в те производства, откуда они получены, а также использовать для подпитки систем оборотного водоснабжения и для полива территории. При возврате на подпитку очищенная вода подлежит стабилизационной обработке. Стабилизационная обработка заключается в хлорировании очищенной воды для обезвреживания и предотвращения биологического обрастания.

Очистку и доочистку сточных вод II категории можно осуществлять с использованием электрокоагуляции, напорной флотации или реагентной коагуляции. Для улавливания крупных механических примесей и песка используют также напорные и безнапорные гидроциклоны.

Сточные воды III категории расходом до 100 м3/сут целесообразно обрабатывать реагентами в камерах-реакторах периодического действия, расходом более 100 м3/сут - в камерах проточного типа с обязательным автоматическим регулированием процесса очистки. Они образуются в процессе химической и электрохимической обработки изделий, содержат тяжелые металлы преимущественно в виде химических соединений, как правило, растворимых.

Очистку отработавших смазочно-охлаждающих  жидкостей или эмульсий (IV категория сточных вод) перед их сбросом в городскую канализацию осуществляют на самостоятельных очистных сооружениях. В некоторых случаях (при незначительном количестве отработавших эмульсий, а также для эмульсий, имеющих слабую эмульгационную пленку) возможна их очистка совместно со сточными водами II категории. Отработавшие смазочно-охлаждающие жидкости после очистки на локальных установках могут быть сброшены в поток сточных вод II категории для дальнейшей совместной очистки и доочистки. Для разрушения отработавших эмульсий применяют реагентно-флотационный, реагентно-сепарационный, электрокоагуляционный и гиперфильтрационный методы.

Сточные воды V категории целесообразно выделять в самостоятельный поток с устройством оборотной системы, подпитываемой из промышленного водопровода или очищенными водами II категории. На предприятиях, имеющих крупные литейные цехи, предусматривается централизованная оборотная система гидрошламоудаления. При мелких цехах возможно строительство локальных очистных установок с возвратом воды в производство. Сточные воды, загрязненные пылью и горелой землей, направляют на шламовые площадки или в отстойники, сгустители, а также осветляют на гидроциклонах с предварительной подачей реагентов.

Очистка сточных вод VI категории производится в накопителях дождевого стока и на пенополиуретановых фильтрах. Накопители должны быть оборудованы устройством для удаления осадка и нефтепродуктов. Перед накопителем необходима установка решеток. После очистки дождевые стоки целесообразно подавать на повторное использование в производство и на подпитку системы оборотного водоснабжения.

В некоторых  случаях в связи с идентичностью  состава стоков на промышленной площадке можно проектировать объединенные сети канализации и общие очистные сооружения для очистных вод II и VI категорий [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обоснование схемы канализования предприятия и

блок-схемы очистки сточных вод

 

2.1. Описание схемы канализования предприятия

 

Под системой канализования подразумевается комплекс сооружений, предназначенных для отведения сточных вод трех основных категорий, к которым относят бытовые, производственные и ливневые сточные воды [2].

Водоотведение от предприятия осуществляется по раздельной системе. На предприятии машиностроительного  завода образуется 3 вида  вод:

1) производственные  – использованные в технологическом  процессе;

2) бытовые  – от санитарных узлов производственных  и непроизводственных корпусов  и зданий, от столовых, а также  от душевых установок, имеющихся  на территории предприятия;

3) промышленно-ливневые  – дождевые и от таяния снега.        

Производственные  сточные воды разделяем на 3 потока:

I поток – кислотно-щелочные сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов, кислоты и взвешенные вещества;

II поток – общий поток, содержащий нефтепродукты, взвешенные вещества и БПК;

III поток – хромсодержащие сточные воды.

Производственные  сточные воды очищают на заводских очистных сооружениях, после чего очищенную воду I потока пускают в оборот, а II и III потоков выпускают в водоем.

Поверхность территории предприятия машиностроительного  завода загрязнена, поэтому ливневые сточные воды  вместе с бытовыми должны пройти очистку на городских очистных сооружениях. После очистки эти сточные воды сбрасывают в водоем.

 

Рис. 2.1. Схема канализования предприятия

 

    1. Описание блок-схемы очистки сточных вод

 

Для очистки  сточных вод машиностроительного  завода используем механические и физико-химические методы очистки. Сточные воды разделяем  на 3 потока с производительностью: I поток – 3750 м³/сут, II поток – 3750 м³/сут, III поток – 3750 м³/сут.

Кислотно-щелочные сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов, кислоты и взвешенные вещества направляем на ионообменную установку, перед которой установлены барьерные фильтры, задерживающие взвешенные вещества и ионы железа. Эффективности очистки составляют: по взвешенным веществам – 80%, по Fe – 70%. Остаточную концентрацию веществ определяем по формуле:

,  (2.1)

где С1 – исходная концентрация, мг/л;

       С2  – остаточная концентрация, мг/л;

       Э – эффективность очистки, %.

Взвешенные  вещества: мг/л

Fe: мг/л

Эффективность очистки ионообменной установки  от ионов металлов и кислот составляет 99%. Допускается подача на установку взвешенных веществ до    8 мг/л.

Zn2+: мг/л

Fe3+: мг/л

Ni2+: мг/л

Al3+: мг/л

Cu2+: мг/л

SO42-: мг/л

Содержание  веществ в полученной воде не превышает  ПДК пуска воды в оборот. Очищенную  воду пускаем в гальванический цех  для промывки деталей.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Сводная таблица концентраций и ПДК загрязняющих веществ I потока

 

Наименование вещества

Концентрация до очистки, мг/л

Концентрация поле барьерных фильтров, мг/л

Концентрация поле установки ионного  обмена, мг/л

ПДК пуска в оборот, мг/л

Zn2+

10,7

10,7

0,107

1

Fe3+

0,9

0,27

0,0027

0,02

Ni2+

10

10

0,1

1

Al3+

9

9

0,09

0,25

Cu2+

1,5

1,5

0,015

0,3

SO42-

100

100

1

-

Взвешенные вещества

40

8

8

8


 

В сточных  водах III потока содержится хром (VI), от которого в результате очистки мы должны избавиться полностью, так как шестивалентный хром очень токсичен. Осуществляем это восстановлением хром (VI) до хром (III), используя Na2SO3. Сточная вода, содержащая только хром (III), объединяется со II потоком.

Так как  pH<3 после восстановления хрома (VI), то для нейтрализации H2SO4 используется известковое молоко, которое подается в смеситель.

 

Таблица 2

Сводная таблица концентраций загрязняющих веществ III потока

 

Наименование вещества

Концентрация до очистки, мг/л

Концентрация после реактора, мг/л

Хром (VI)

80

-

Хром (III)

10

90

H2SO4

90

-


 

В сточных  водах II потока содержится большое количество взвешенных веществ и нефтепродуктов. Сточную воду направляем в нефтеловушку. Это сооружение очищает от крупнодисперсных взвешенных веществ, от нефтепродуктов и снижает БПК. Эффективности очистки составляют: по нефтепродуктам - 99%, по взвешенным веществам - 70%, по БПК - 70%.

Нефтепродукты: мг/л

Взвешенные  вещества: мг/л

БПК: мг/л

Концентрации  веществ достаточно велики, поэтому  отправляем воду в осветлитель. Процессы осветления протекают более эффективно при пропуске обрабатываемой воды, смешанной с коагулянтом. Эффективности очистки составляют: по взвешенным веществам - 90%, по БПК - 50%, хром (III) – 98%.

Взвешенные  вещества: мг/л

БПК: мг/л

Хром (III): мг/л

Концентрации  веществ еще превышают ПДК  спуска в водоем, поэтому отправляем воду в горизонтальный отстойник. Эффективности очистки составляют: по нефтепродуктам - 70%, по взвешенным веществам - 70%, по БПК - 50%, хром (III) – 75%.

Нефтепродукты: мг/л

Взвешенные  вещества: мг/л

БПК: мг/л

Хром (III): мг/л

После отстойника  получаем достаточно чистую воду, соответствующую  ПДК спуска в водоем.

 

Таблица 3

Сводная таблица концентраций и ПДК загрязняющих веществ II и III потоков

 

Наименование вещества

Концентрация до очистки, мг/л

Концентрация после нефтеловушки, мг/л

Концентрация после осветлителя, мг/л

Концентрация после отстойника, мг/л

ПДК спуска в водоем, мг/л

Нефтепродукты

100

1

1

0,3

0,3

Взвешенные вещества

410

123

12,3

3,69

6

БПК

40

12

6

3

3

Хром (III)

90

90

1,8

0,45

0,5


 

 

 

 

 

 

 

  1. Описание технологической схемы

 

3.1. Приемный резервуар

 

3.1.1. Назначение приемного резервуара

 

Для усреднения расхода и количества загрязняющих сточных вод на станциях очистки  устанавливаются приемные резервуары. Они обеспечивают постоянный расход выходящей из них воды.

Поступление на очистные сооружения производственных сточных вод с постоянным расходом и усреднённой концентрацией  загрязнений создаёт ряд преимуществ  – повышение эффективности очистки  сточных вод. В результате этого достигаются более высокие качественные показатели очищенной воды.

При очистке  сточных вод, образующихся на машиностроительном предприятии, на всех потоках устанавливаем  приемные резервуары [3].

 

3.1.2. Расчет приемного резервуара

 

Производительность  каждого потока составляет м3/сут. Рассчитываем на время пребывания в резервуаре сточной воды ч.

Часовой расход сточной воды определяем по формуле:

. (3.1)

 м3/ч.

Объем приемного  резервуара определяем по формуле:

. (3.2)

 м3.

Принимаем по 4 резервуара на всех потоках объемом  м3 каждый.

Пусть глубина приемного резервуара составляет м. Тогда площадь резервуара  определяем по формуле:

. (3.3)

м2.

Используем  резервуары длиной м и шириной м.

 

3.2. Барьерные фильтры

 

3.2.1. Описание барьерных фильтров

 

В качестве барьерных фильтров используем напорные фильтры, которые представляют собой закрытые стальные резервуары, рассчитанные на внутреннее давление до 6 атм. Их применяют для частичного осветления воды или для осветления маломутных вод, а также при обезжелезивании.

Обрабатываемая  вода поступает на фильтр под давлением, которое обеспечивает преодоление  сопротивлений в фильтре и  подачу фильтрата непосредственно  в сеть потребителя. При потерях  напора в фильтре около 10 м его  включают на промывку. На напорных фильтрах целесообразно производить водовоздушную  промывку. Для подачи воздуха обычно предусматривают отдельную систему.

Напорные  фильтры применяются без гравийных подстилающих слоёв, с трубчатым дренажем. Кроме дренажной системы для отвода фильтрованной воды и распределения воды при промывке устраивается распределительная система, по которой подаётся сжатый воздух. Если конструкция дренажа обеспечивает равномерное распределение сжатого воздуха, отдельную воздушную распределительную систему можно не предусматривать. Дренаж представляет собой коллектор, проходящий по оси поперечного сечения фильтра, с ответвлениями через 250–300 мм [3].

 

3.2.2. Расчет барьерных фильтров

 

Производительность  кислотно-щелочного потока м3/сут.

Расчетную общую площадь фильтров определяем по формуле:

, (3.4)

где – общий коэффициент неравномерности поступления сточной воды;

  – скорость фильтрования, м/ч.

Принимаем и м/ч, тогда

м2

Используем  вертикальные напорные фильтры наружным диаметром 2 м (площадь фильтра  м2) с высотой загрузки 1,2 м.

Расчетное количество рабочих фильтров определяем по формуле:

. (3.5)

шт.

Принимаем 3 рабочих и 1 резервный  напорные механические (песчаные) фильтры  и 3 рабочих и 1 резервный сорбционные (угольные) фильтры [3].

 

3.3. Ионообменная установка

 

3.3.1. Процесс ионного обмена

 

Ионный обмен – это процесс  обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, и ионами, присутствующими на поверхности  твердой фазы – ионита. Ионообменные установки предназначены для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов.

Очистка производится с применением ионитов – синтетических ионообменных смол, выпускаемых в виде гранул размером 0,2–2мм. Иониты представляют собой практически нерастворимые в воде полимерные  вещества, имеющие подвижный ион (катион или анион), способный в определенных условиях вступать в реакцию обмена с ионами того же знака, находящимися в растворе. Различают следующие виды ионитов:

  • сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппы SO3H, и сильноосновные аниониты, содержащие четвертичные аммониевые основания;
  • слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные COOH и фенольные группы, диссоциирующие при pH>7, а также слабоосновные аниониты, содержащие первичные NH2 и вторичные NH аминогруппы, диссоциирующие при pH<7.
  • иониты смешанного типа, проявляющие свойства смеси сильной и слабой кислот или оснований.

При контакте с водой иониты набухают и увеличиваются в объёме (обычно в 1,5–2 раза). Большинство ионитов хранят во влажном состоянии или под слоём воды [4].

Ионообменную очистку производят последовательным фильтрованием через катиониты и аниониты. Если катиониты находятся в Н-форме или Na-форме, обмен катионитов будет проходить по реакциям:

Очистка сточных вод машиностроительного завода