Строительство очистных сооружений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

РЕФЕРАТ

«Строительство очистных сооружений»

Работу выполнила______________________________________О.А. Рубанова

Краснодар 2015

Строительство очистных сооружений

Загрязнение — это принесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физических, химических, информационных или биологических агентов или превышение их естественного среднемноголетнего уровня в различных средах, приводящее к негативным воздействиям.

Очистка воды

Вода всегда являлась незаменимым компонентом жизни любого человека. Большое значение уделяется качеству воды как централизованных, так и локальных систем водоснабжения. В основном для питьевых нужд используется вода открытых водоемов: рек, озер, прудов.

Для обработки воды применяются самые различные сооружения. Если планируется проводить данные работы в отношении поверхностных вод непосредственно перед их подачей в разводящую сеть города, то применяются следующие сооружения: отстойники, фильтры. Для сточных вод можно использовать более широкий круг устройств: септики, аэротенки, метантенки, биологические пруды, поля орошения, поля фильтрации и так далее.

Система канализации включает в себя трубопроводы и очистные сооружения. Вода из канализации имеет самый разный состав, в ней могут присутствовать механические примеси даже крупных размеров.

Септик

Септик – это сооружение, которое предназначено для очистки небольшого количества бытовых сточных вод из канализации. Он необходим для задерживания взвешенных веществ. Это подземный отстойник, состоящий из нескольких камер, по которым протекает вода из канализации. Метантенк – это один из важнейших элементов линии очистных сооружений. Предназначен он для анаэробного брожения жидких отходов, в результате которого образуется метан. Его нередко используют для сбраживания ила. Следующее сооружение – это аэротенк. Он предназначен главным образом для биологической очистки воды, то есть для уменьшения содержания в ней органических веществ. Это резервуар прямоугольной формы, где стоки смешиваются с активным илом, содержащим большое количество бактерий. Процесс окисления ускоряется при подаче в резервуар воздуха. В отстойниках происходит осаждение взвешенных веществ. Для биологической очистки могут применяться поля орошения, поля фильтрации, работа которых тоже основана на действии бактерий и активного ила.

Рис. 1 Очистные сооружения

Для сооружений по очистке воды из канализации характерно то, что они выстраиваются в определенной последовательности. Такой комплекс называется линией очистных сооружений. Схема начинается с механической очистки. Здесь чаще всего используются решетки и песколовки. Это начальный этап всего процесса обработки воды. Решетки представляют собой вид поперечных металлических балок, расстояние между которыми равно нескольким сантиметрам. На этом этапе задерживаются самые большие примеси. Это могут быть остатки бумаги, тряпки, вата, пакеты и другой мусор. После решеток в работу вступают песколовки. Они необходимы для того, чтобы задерживать песок, в том числе и крупных размеров.

Мелкие частицы уносятся на следующий этап обработки. Если сравнивать этот этап с обычной водоподготовкой для питьевых целей, то в последнем варианте такие сооружения не применяются, в них нет необходимости. Вместо них происходят процессы осветления и обесцвечивания воды. Механическая очистка очень важна, так как в дальнейшем она позволит более эффективно провести биологическую очистку.

ПРИМЕНЕНИЕ ОТСТОЙНИКОВ Комбинированный вертикальный отстойник

Сточные воды попадают в камеру предварительного осаживания, где часть загрязнений оседает в отстойник. Потом частично очищенные воды поднимаются вверх и проходят через фильтр. Задержанные примеси также сползают в отстойник.

Отстойники – важный элемент любой линии очистных сооружений. В них происходит освобождение воды от взвешенных веществ, в том числе от яиц гельминтов. Они могут быть вертикальными и горизонтальными, одноярусными и двухъярусными. Последние наиболее оптимальны, так как при этом вода из канализации в первом ярусе очищается, а осадок (ил), который там образовался, через специальное отверстие сбрасывается в нижний ярус. Каким же образом в таких сооружениях происходит процесс освобождения воды из канализации от взвешенных веществ? Механизм довольно прост. Отстойники представляют собой резервуары больших размеров круглой или прямоугольной формы, где происходит осаждение веществ под действием силы тяжести.

Для ускорения этого процесса можно использовать специальные добавки – коагулянты или флоккулянты. Они способствуют слипанию мелких частиц вследствие изменения заряда, более крупные вещества быстрее осаждаются. Таким образом, отстойники – это незаменимые сооружения для очистки воды из канализации. Важно учесть, что при простой водоподготовке они тоже активно используются. Принцип работы основан на том, что вода поступает с одного конца устройства, при этом диаметр трубы при выходе становится больше и ток жидкости замедляется. Все это способствует осаждению частиц.

Схема очистки включает в себя и сбраживание осадка. Из очистных сооружений важен метантенк. Он представляет собой резервуар для сбраживания осадка, который образуется при отстаивании в двухъярусных первичных отстойниках. В ходе процесса сбраживания образуется метан, который можно использовать в других технологических операциях. Образовавшийся ил собирается и вывозится на специальные площадки для тщательного просушивания. Для обезвоживания осадка нашли широкое применение иловые площадки и вакуум-фильтры. После этого он может утилизироваться или использоваться для других нужд. Сбраживание происходит под влиянием активных бактерий, водорослей, кислорода. В схему очистки воды из канализации могут входить и биофильтры.

Оптимальнее всего размещать их до вторичных отстойников, чтобы вещества, которые унеслись с током воды из фильтров, могли осаждаться в отстойниках. Целесообразно для ускорения очистки применять так называемые преаэраторы. Это устройства, которые способствуют насыщению воды кислородом для ускорения аэробных процессов окисления веществ и биологической очистки. Нужно отметить, что очистка воды из канализации условно разделена на 2 этапа: предварительную и заключительную.

Предварительная включает в себя использование решеток, песколовок, первичных отстойников и преаэраторов, заключительная же включает аэротенки, вторичные отстойники и процессы дезинфекции воды, то есть ее обеззараживания.

Биофильтр включает в себя: вход для грязной воды, фильтровальную пластину, гранулят, перфорированное дно и выход для очищенной воды.

Схема очистных сооружений включает и биологическую очистку с помощью полей фильтрации и орошения. Сюда же можно отнести биофильтры. Биофильтры – это устройства, где сточные воды очищаются, проходя через фильтр, содержащий активные бактерии. Он состоит из твердых веществ, в качестве которых может использоваться гранитная крошка, пенополиуретан, пенопласт и другие вещества. На поверхности этих частиц образуется биологическая пленка, состоящая из микроорганизмов. Они разлагают органические вещества. По мере загрязнения биофильтры нужно периодически очищать.

Сточные воды подаются в фильтр дозировано, в противном случае большой напор может погубить полезные бактерии. После биофильтров применяются вторичные отстойники. Ил, образованный в них, поступает частично в аэротенк, а остальная его часть – на илоуплотнители. Выбор того или иного способа биологической очистки и вида очистных сооружений во многом зависит от требуемой степени очистки сточных вод, рельефа, типа грунта, экономических показателей.

Рис. 2  Биофильтр

Дезинфекция, то есть уничтожение микроорганизмов, является заключительным этапом очищения стоков канализации. Дезинфекция или обеззараживание воды – важная составляющая, которая обеспечивает безопасность ее для водоема, в который она будет сброшена. Для обеззараживания могут применяться самые разнообразные способы: ультрафиолетовое облучение, действие переменного тока, ультразвук, гамма-облучение, хлорирование. УФО – очень эффективный способ, с помощью которого уничтожается примерно 99% всех микроорганизмов, в том числе бактерий, вирусов, простейших, яиц гельминтов. Он основан на способности разрушать мембрану бактерий. Но этот метод не применяется так широко. Кроме того, его эффективность зависит от мутности воды, содержания в ней взвешенных веществ.

Наиболее часто используется после очистных сооружений метод хлорирования. Хлорирование бывает разным: двойным, суперхлорированием, с преаммонизацией. Последнее необходимо для предупреждения неприятного запаха. Суперхлорирование предполагает воздействие очень больших доз хлора. Двойное действие заключается в том, что хлорирование осуществляется в 2 этапа. Это более характерно для водоподготовки. Метод хлорирования воды из канализации очень эффективен, кроме того, хлор обладает эффектом последействия, чем не могут похвастаться другие методы очистки. После обеззараживания стоки сливаются в водоем.

Очищение воздуха

Микрофлора воздуха делится на резидентную и временную. Первая обнаруживается часто и повсеместно, вторая - значительно реже, так как не обладает стойкостью в отношении действия различных факторов. В составе резидентной микрофлоры, формирующейся за счет почвенных микроорганизмов, - микрококки, сарцины, бациллы, актиномицеты, плесневые грибы. Временная микрофлора воздуха также может сформироваться из почвенных микроорганизмов и из микроорганизмов, поступающих в воздух с поверхности водоемов. Контаминация воздуха патогенными микроорганизмами происходит в основном капельным путем за счет кашля, чихания, разговора, благодаря чему образуются взвешенные в воздухе аэрозольные частицы. Размер образовавшихся аэрозольных частиц различен (от 10-100 до 2000 нм). В зависимости от размера капель, их электрического заряда, скорости движения аэрозольные частицы делятся на капельную и пылевую фазы и капельные ядрышки.

Капельная фаза. Представляет собой мелкие капли, длительно сохраняющиеся в воздухе и испаряющиеся до оседания.

Пылевая фаза. Состоит из крупных, быстро оседающих и испаряющихся капель, благодаря чему образуется пыль, поднимающаяся в воздух.

Капельные ядрышки. Это мелкие капли (до 100 нм), которые, высыхая, остаются в воздухе во взвешенном состоянии и образуют устойчивую аэродисперсионную систему, в которой частично сохраняется влага, поддерживающая жизнеспособность микроорганизмов воздуха.

Наибольшую опасность представляют микроорганизмы, заключенные в мелких аэрозольных частицах (капельных ядрышках), так как они способны глубоко проникать в дистальные отделы легких - альвеолы. В то же время более крупные частицы аэрозоля оседают в носовой полости и вместе со слизью выделяются во внешнюю среду.

Мониторинг атмосферного воздуха включает контроль физико-химических и биологических свойств воздуха, отражающих степень его соответствия гигиеническим и экологическим нормативам. Мониторинг атмосферного воздуха направлен на получение данных, характеризующих его экологическое и гигиеническое состояние.

Оборудование плазмокаталитической очистки газообразных выбросов «ПЛАЗКАТ-аэро» (ТУ 3646-004-56321325-2009) относится к классу «сухой» очистки воздуха, на основе метода плазменно-каталитической деструкции вредных и токсичных газов.

  За период с 2001 года внедрены десятки установок «ПЛАЗКАТ-аэро» в различных отраслях промышленности – нефтехимическая, химическая, машиностроение, производство полимерных материалов, деревообработка, пищевая и т.д. 

В установке «ПЛАЗКАТ-аэро» очистка воздуха происходит за счет физико-химических реакций. Реализовано совместное действие как плазмохимического, так и каталитического методов воздействия на газообразные вещества-загрязнители. Плазменно-каталитическая технология очистки воздуха от вредных газообразных веществ широко известна в Европе и США. Она позволяет производить глубокую очистку всего комплекса токсичных и вредных органических соединений до CO2 и H2O уже при температурах от + 5°С без использования расходных материалов.

В результате воздействия, органические и неорганические вещества, состоящие из набора атомов кислорода, водорода и углерода превращаются в полностью безвредные соединения – углекислый газ и воду (выражается в виде незначительного увеличения влажности очищенного воздуха). Это можно проиллюстрировать следующим уравнением реакции:

Степень очистки или степень разложения вредных газов подтверждена многими протоколами замеров эффективности очистки, составленными аккредитованными лабораториями на разных предприятиях России.

Установка не содержит расходных материалов, единственный вид эксплуатационных затрат – расход электроэнергии и обслуживание.

Установки можно применять как внутри производственных помещений в непосредственной близости от источника выбросов, так и снаружи производственных корпусов. В этом случае установки комплектуются защитным контейнером или легким укрытием для обеспечения стабильной работы в зимний период времени.

Компания-производитель установок «ПЛАЗКАТ-аэро» проводит работы по выездному обслуживанию установок.

Для получения стерильного воздух в промышленности применяют многоступенчатую систему очистки воздуха. Число ступеней и выбор материала зависит от заданной конечной чистоты. Используют волокнистые и пористые фильтрующие материалы.

Применяют:

1) фильтры грубой очистки (эффективность 40-60%)

2) фильтры средней очистки (эффективность 60-90%)

3) высокоэффективные стерилизующие  фильтры (99, 997%)

1.4.1 Механические фильтры (фильтры предварительной очистки)

Это самые простые фильтры, применяемые в воздухоочистителях. Они состоят из обычной мелкой сетки и используются в качестве фильтров предварительной очистки. Предназначены для удаления крупных пылевых частиц, шерсти животных. Такие фильтры устанавливаются практически на всем климатическом оборудовании и защищают от пыли не только людей, но и внутренности самих приборов.

Являясь предварительным фильтром, защищает последующие фильтрующие элементы (угольные, HEPA - фильтры) от преждевременного износа.

Большинство фильтров предварительной очистки устраняют частички размером 5-10 микрон. Несмотря на то, что процентное соотношение частичек размером от 5 микрон по отношению в общей массе пыли находящихся в воздухе мало, он играет очень важную роль, поскольку если в системе не используется фильтр предварительной очистки, или он не достаточно эффективно удаляет частицы, это может привести к преждевременному износу активированного угольного или HEPA-фильтра.

Представляют собой волокнистую структуру. В таких фильтрах пористые фильтрующие слои различной плотности образуются из волокон, обычно связанных склеивающими веществами. В волокнистом рулонном воздушном фильтре рулоны фильтрующего материала устанавливают на катушки в верхней части фильтра и по мере запыления перематывают на нижние катушки. Использованные материалы выбрасываются; в отдельных случаях возможна их промывка или очистка пневматически, что делает предварительные сетчатые фильтры многоразовыми.

Компрессор

В рабочем цилиндре компрессора (масляного) воздух уменьшает свой объем приблизительно в 10 раз и одновременно нагревается. При высокой температуре происходит частичное испарение масла со стенок компрессора, поэтому сжатый воздух насыщается парами масла.

Горячий сжатый воздух попадает в ресивер, где несколько охлаждается при контакте со стенками. К сожалению, за время нахождения воздуха в ресивере (обычно это время не превышает 30 секунд) в виде конденсата выпадает лишь незначительная часть влаги, а остальная в виде взвеси мельчайших капель воды или водяного и масляного тумана проходит дальше в трубопровод.

Влагоотделитель

Проходя через керамический фильтрующий элемент влагоотделителя, воздух теряет капли жидкости, превышающие поры фильтра. Часто применяемые недорогие керамические фильтры с большим диаметром пор 30-60 мкм, не способны задерживать мелкие капли конденсата. Температура же воздуха пока ещё слишком высока, поэтому большое количество влаги содержится в виде пара. Если скорость воздуха выше - 1 м/с, конденсат не успевает полностью стечь в нижнюю часть фильтра, крупные капли конденсата дробятся и уносятся потоком воздуха в пневмосистему. Происходит «захлебывание» фильтра.

Охладитель

После влагоотделителя, установленного непосредственно за компрессором, стоит охладитель воздуха, который чаще всего представляет собой радиатор, который рассчитанный на максимальное давление, создаваемое компрессором. Сжатый воздух здесь принудительно охлаждается до комнатной (или ниже) температуры, в связи с чем значительная часть влаги конденсируется в виде тумана и сравнительно крупных капель. Как правило, производителем ограничивается температура воздуха на входе в охладитель на уровне (40 - 60)°С.

Вихревой сепаратор

После охладителя поставим вихревой сепаратор масляно-водяного конденсата. Под действием центробежной силы капли конденсата отбрасываются к стенке сепаратора, где происходит их слияние и укрупнение. Крупные капли под действием силы тяжести стекают в нижнюю часть сепаратора, откуда удаляются с помощью конденсатоотводчика.

Эффективность вихревого сепаратора очень сильно зависит от скорости потока, поэтому выбор производительности сепаратора необходимо производить таким образом, чтобы снизить вероятность ошибки до минимума.

Из вихревого сепаратора сжатый воздух попадает в трубопровод. Поскольку температура на улице ниже, чем в компрессорной, при активном контакте со стенками трубопровода воздух охлаждается до комнатной температуры продолжается и процесс образования конденсата из мельчайших частиц водяного и масляного тумана.

Все предыдущие мероприятия были направлены на то, чтобы количество этого конденсата было, по возможности, минимальным. Из трубопровода сжатый воздух, «обогащенный» захваченными по пути продуктами коррозии трубопровода и уже достаточно крупными каплями конденсата, снова поступает в вихревой сепаратор.

Фильтры

В зависимости от размера улавливаемых частиц фильтры делят на:

предварительные, или фильтры грубой очистки - останавливают частицы размером свыше 5-40 мкм, в зависимости от выбранного фильтропатрона;

фильтры тонкой очистки - останавливают частицы размером более 1 мкм, включая капельную фракцию масла (0,1 мг/м?);

микрофильтры - останавливают частицы размером более 0,01 мкм, остаточное содержание масла не превышает 0,01 мг/м?;

фильтры на основе активированного угля - останавливают частицы размером более 0,003 мкм, содержание масла не более 0,005 мг/м?.

Фильтры обязательно должны быть оснащены манометрами или датчиком, регистрирующим разность давления на входе и выходе. По ее величине можно судить о степени загрязненности фильтра.

Технологии, применяемые в предварительной и грубой очистке воздуха

Можно выделить две основные категории фильтров, используемых для очистки воздуха:

* сухие фильтры;

* влажные фильтры.

Сухие фильтры выполняются из следующих материалов:

* бумага, пропитанная смолой;

* фетр;

* пучки волокон;

* механические уловители  в форме лабиринта.

Очищение почвы

Термические способы используют для удаления органических веществ и некоторых цветных металлов, химической стабилизации грунтов. Их реализуют в различных вариантах: нагрев на воздухе, в вакууме, пиролиз.

Нагревание на воздухе применяют для земель, загрязненных нефтью, маслами, бензином, галогеносодержащими и другими органическими соединениями. Термообработка обычно заключается в выдержке материала при 700-800°С с выгоранием углеводородов. Физикохимические свойства почвы при этом изменяются незначительно. Биологическую активность термически обработанных почв восстанавливают, добавляя при необходимости компост и другие минеральные вещества.

В настоящее время стационарные и передвижные установки для термообработки почв на воздухе очищают миллионы тонн загрязненных земель. В частности, общая годовая производительность установок только фирмы Nord (Германия) составляет 300 тыс. т при их единичной мощности 50-80 тыс. т. Емкость хранилищ равна суммарной годовой производительности установок (Massive...).

Ваку у mho-термический метод санации почвы реализован в США в варианте передвижной установки. Загрязненный органическими соединениями грунт загружают в вакуумный барабан типа бетоносмесителя, установленный на шасси автомобиля. Длина барабана 4,5 м, диаметр 2,4 м, частота вращения 10-18 мин . При нагревании летучие органические соединения испаряются и далее ожижаются в конденсаторе, размещенном на прицепе автомобиля. Конденсат после очистки на фильтр»е пригоден к использованию по целевому назначению. Продолжительность цикла обработки одной загрузки грунта составляет 45 мин.

Термические способы реализуются не только на специальных установках, к которым доставляют подлежащую очистке почву, но и могут осуществляться непосредственно на месте. Один из таких методов предусматривает остекловывание почвы. В последнюю вводят электроды и, пропуская ток, нагревают ее до высоких температур (2160°С). Грунт при этом расплавляется, органика пиролизуется, образующиеся газы поступают на очистку. Последующее охлаждение почвы приводит к ее остекловыванию и связыванию в устойчивые от вымывания формы таких загрязнителей, как, например, радионуклиды и тяжелые металлы (In situ...).

Широкое использование получили физические методы, основанные на использовании электрического тока. Это технологии электрохимической и электрокинетической очистки загрязненных почв.

Технологии, основанные на электрохимических методах используются для очистки почвы от хлорированных углеводородов, фенолов и нефтепродуктов и обеззараживания грунта и почвы. При пропускании электрического тока через грунты  происходит электролиз воды в поровом пространстве, электрофлотация, электрокоагуляция и электрохимическое окисление. Эффективность окисления фенола - 70-92%. Эффективность обеззараживания - 95-99%.  Расход электроэнергии и стоимость очистки  составляют соответственно 32-160 кВт·ч/куб.м почвы и 86-260 $US/куб.м почвы.

Электрохимическая технология японской фирмы "ОБАЯСИ" обеспечивает высокую степень очистки от токсичных органических веществ до 25 наименований. Для очистки участка площадью 15 кв. м требуется обработка постоянным током напряжением 50 В с общим расходом электроэнергии 5 кВт. Для удаления 90% кадмия, цианидов, свинца, хрома, ртути и мышьяка требуется три месяца.

Электрокинетические технологии применяют для очистки  глинистых и суглинистых почв и грунтов при полной или неполной водонасыщенности от тяжелых металлов, цианидов, хлорорганики, нефти и нефтепродуктов. Основную роль здесь играют процессы электроосмоса и электрофореза. Преимуществом электрокинетической технологии является высокая степень контроля и управления процессом очистки. Исходные концентрации экотоксикантов могут быть снижены с 10-50 мг/кг до 1-10 мг/кг, что вполне укладывается в существующие нормы.

Параметры электрокинетического процесса: напряжение на электродах 4-200 В, напряженность поля 20-200 В/м, плотность тока 0.5-5.0 А/кв.м, расстояние между электродами 2-10 м, глубина их заложения - 2-5,0 м. Эффективность очистки - 80-99%. Добиться высокой очистки без применения химреагентов или растворов ПАВ невозможно. Применение специальных химических агентов снижает затраты электроэнергии и времени на очистку. Стоимость очистки грунтов составляет от 120 до 170 долл. США за 1 куб.м.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Проскуряков  В.А.,  Шмидт  Л.И.  Очистка  сточных  вод  в  химической промышленности. Л., 1977.

2. http://www.plazkat.ru/

3. http://www.rusnauka.com/

4. http://student.zoomru.ru/