Модернизация очистного сооружения

     Введение

      
            При проектировании очистных сооружений канализации необходимым условием является защита окружающей среды (водного и воздушного бассейнов) от загрязнений, образующихся в процессе очистки сточных вод и поступающих в водоем и атмосферу.

     Загрязнение водоема, в который производится сброс сточных вод, отрицательно сказывается на состояние его фауны и флоры. Загрязнение воздушного бассейна влияет на условия проживания населения в прилегающих районах.

     Для защиты водоема от загрязнений определяются условия выпуска сточных вод, при которых качество воды в реке не снижается ниже установленных предельно допустимых концентраций [1].

     Защита  населённых пунктов от влияния очистных сооружений обеспечивается соблюдением размеров санитарно-защитной зоны.

     При проектировании очистных сооружений разрабатываются  такие технические решения, которые уменьшают отрицательное воздействие очистных сооружений на окружающую среду.

       Предложенная в данном проекте  схема мембранной очистки сточных вод обеспечивает  снижение  концентраций  загрязняющих веществ до установленных  санитарно-гигиенических нормативов,  снижение  цветности  и  бактериальной загрязнённости  стоков.

     Запроектированные  очистные   сооружения   занимают небольшую площадь, что очень  важно в условиях дефицита  свободных площадей на площадке предприятия. Строительство очистных сооружений обеспечит защиту  канализационных сетей от  засорений,  уменьшение  нагрузки  на поселковые очистные сооружения [2].

     В данной работе рассматривается станция биологической очистки сточных вод на ООО «Благоустройство» Аксубаевского муниципального района.

     Задачами  проекта является предложение метода очистки сточных вод, экономическое  обоснование метода, а также расчеты  технико-экономические.

     Глава 1    Литературный обзор 

     1.1 Химические методы очистки сточных вод 

     Основные  методы – нейтрализация и окисление. Химическую очистку можно применять  самостоятельно перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед  спуском их в водоем или в городскую канализационную сеть. В ряде случаев химическая очистка целесообразна перед биологической очисткой. Химическую очистку применяют также как метод глубокой очистки производственных сточных вод для их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов.

     Нейтрализацию осуществляют для приведения рН сточных  вод к 6,5-8,5, т.е. к реакции среды  близкой к нейтральной. Следовательно, нейтрализовать нужно сточные вод  с рН < 6,5 (кислые) и рН > 8,5 (щелочные). При этом учитывают нейтрализационную способность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Чаще встречаются кислые стоки, и они более опасны, чем щелочные [3].

     

     Рис.1 Контактная камера:

     1 – ввод сточных вод; 2, 5 – камеры  озонирования; 3 – ввод озона;

     4 – металлокерамические  распылительные  трубы; 6 – вывод сточных вод

     Наиболее  часто сточные воды загрязнены    минеральными кислотами (серной H2SO4, азотной HNO3, соляной HCl, а также их смесями). Для нейтрализации используется несколько способов:

     - смешение кислых стоков со  щелочными (в этом случае время  реакции нейтрализации и образования  осадка не регламентируется);

     - взаимодействие с раствором извести  или известняка (рекомендуется только  при равномерной подаче сточных  вод, содержащих сильные кислоты);

     - фильтрование через слой известняка, доломита или мела (рекомендуется  только при равномерной подаче  сточных вод, содержащих сильные  кислоты);

     - взаимодействие с дымовыми газами, содержащими CO2, SO2, NO2 и др. (рекомендуется  для щелочных сточных вод, позволяет одновременно очищать и дымовые газы) [4].

       Окисление применяется для обезвреживания  производственных сточных вод,  содержащих токсичные примеси,  которые нецелесообразно извлекать.  В качестве окислителей используют  хлор, гипохлорид кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород, кислород воздуха. В зависимости от агрегатного состояния вводимых в воду хлора или хлорсодержащих реагентов определяют технологию обработки сточных вод. Если их обрабатывают газообразным хлором или озоном, то процесс окисления проводят в окислительных колоннах или контактных камерах; если же окислитель находится в растворе, то его сначала подают в смеситель, а затем в контактный резервуар. Схема контактной камеры представлена на рисунке 1. При окислении растворенные  ядовитые вещества переводят в нетоксичные соединения, возможно образование осадка, который может быть удален отстаиванием или фильтрованием. Применяется также электрохимическое окисление, которое основано на электролизе сточных вод. Основу электролиза составляют анодное окисление и катодное восстановление     (рис.2 ) [5].

     

     Рис.2 Схема электролитического обезвреживания

      (анодное окисление токсичных  веществ):

     а – анодное пространство; б – катодное пространство;

     1 – полупроницаемая перегородка; 2 – анод; 3 – катод 

     На  аноде, выполненном из материалов, не подвергающихся электролитическому растворению (платина, графит), выделяются кислород и галогены, а также окисляются некоторые, присутствующие в сточных водах органические вещества. На катоде выделяется газообразный водород, и восстанавливаются некоторые органические вещества. Электрохимическое окисление – сравнительно дорогой метод обезвреживания сточных вод, поэтому его применяют для очистки концентрированных органических и неорганических загрязнений при небольших расходах производственных сточных вод. 

     1.2  Физико-химические методы очистки сточных вод 

     К физико-химическим методам очистки  относятся: коагуляция, сорбционное  поглощение растворенных органических веществ, флотация, извлечение или разделение ионов солей ионным обменом или электродиализом и др.

     Очистка сточных вод коагуляцией. В большинстве  случаев производственные сточные  воды представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001-0,1 мкм. Частицы такого размера имеют заряд в результате поглощения из водного раствора ионов. Заряд в основном препятствует слипанию частиц и обусловливает тем самым устойчивость коллоидного раствора. При добавлении в коллоидный раствор электролитов-коагулянтов заряд уменьшается, и частицы слипаются. В результате происходит укрупнение частиц и оседание их на дно – такой процесс называют коагуляцией. Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты: соли алюминия, железа, магния, известь, отработанные растворы отдельных производств. Вместо коагулянтов можно применять водные растворы полимеров. Их называют флокулянтами, а метод очистки – флокуляцией.  Флокуляция – вид коагуляции, при которой частицы, содержащиеся в сточной воде, образуют рыхлые хлопьевидные агрегаты (флокулы) [6].

     Применяется также метод электрохимической  коагуляции. При этом сточные вод  пропускают через электролизер с  анодом, изготовленным из алюминия или железа. Металл анода под действием постоянного тока переходит в сточную воду, образуя труднорастворимые гидроксиды алюминия или железа, которые вызывают коагуляцию частиц сточной воды. Методы применяется для  обработки сточных вод, содержащих эмульгированные частицы масел, жиров, нефтепродуктов, хроматы, фосфаты.

     Известен  метод электрокоагуляции  для  отчистки  промышленных  сточных  вод, основанных на электролизе  с  использованием  металлических  (стальных или алюминиевых) анодов, подвергающихся  электролитическому  растворению.  Вследствии  растворения  анодов  вода  обогащается  соответствующими  ионами, образующими затем в нейтральной или слабощелочной среде  гидроксид  алюминия или  гидроксид  железа,  которых  под  воздействием  растворенного  в   воде кислорода переход в гидроксид железа. В результате  осуществляется  процесс коагуляции аналогичный обработке воды соответствующими солями  алюминия  или железа.  Однако,  в отличие   от   применения   солевых   коагулянтов   при электрокоагуляции вода не обогащается сульфатами  или хлоридами,  содержание которых в отчищенной воде лимитируется как при сбросе ее в  водоемы,  так  и при повторном использовании в системах промышленного водоснабжения [7].

     При электрокоагуляции сточных  вод,  содержащих  тонкодиспергированные примеси,  протекают и другие   электрохимические,   физико-химические    и химически процессы: электрофорез,  катодное  восстановление  растворенных  в воде   органических   и   неорганических   веществ   или    их    химическое восстановление,  флотация  твердых  и  эмульгированных   частиц   пузырьками газообразного  водорода,  выделяющимся  на  катоде.  Кроме  того  происходит сорбция  ионов  и   молекул   растворенных   примесей,   а   также   частиц, 
эмульгированных  в  воде  примесей,  на  поверхности   гидроксида   алюминия 
(железа), которые обладают значительно сорбционной способностью, особенно  в момент образования

       Хлопья гидроксида металла с  сорбированными загрязнениями, сталкиваются  с пузырьками газа, соединяются  с ними и всплывают на  поверхность жидкости. Некоторые частицы загрязнений,  имеющие хлопьевидную   структуру,   могут самокоагулировать   друг   с   другом   тем    самым    увеличивая    эффект гетерокоагуляции всей систем.

     Для  отделения  хлопьев  коагулянта  с  сорбированными   загрязнениями 
применяют последующее отставание или флотацию [8].

     Среди немногих действующих схем в промышленности можно выделить три: механическое обезвоживание  в осветлителях-перегнивателях с  последующей подсушкой на иловых площадках, подсушка иловых  площадках.  Обезвоживание осадка в центрифугах - наиболее интенсивный метод.

     Из  всех перечисленных методов предложена локальная очистка, которая включает предварительную обработку и  физико-химические методы.

     Сорбционное поглощение растворенных органических веществ из водной среды принципиально не отличается от процесса адсорбции в газовой фазе. Различие состоит в том, что растворенное вещество взаимодействует с молекулами вод, происходит гидратация, которая затрудняет адсорбцию.

       Этот метод позволяет извлекать из сточных вод ценные растворенные вещества, а очищенную воду использовать в системе оборотного водоснабжения. В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы (активированные угли различных марок).

     Наиболее  простым аппаратом для проведения процесса сорбции является насыпной фильтр, представляющий собой колонну  с неподвижным слоем сорбента, через который фильтруется сточная  вода. Наиболее рациональное направление  фильтрования жидкости – снизу вверх, так как в этом случае происходит равномерное заполнение всего сечения колонны.

     Фильтры с неподвижным слоем сорбента применяют для очистки цеховых  сточных вод с целью утилизации выделенных относительно чистых продуктов. Для удаления сорбированных веществ из фильтра используют химические растворители или пар [9].

     Флотация  – это способ отделения мелких твердых частиц или капель жидкости из сточных вод, заключающийся в  образовании комплексов «частица –  пузырьки воздуха», всплывании их и  удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Существуют установки напорной  и безнапорной флотации.

     Флотационными методами очищают производственные сточные воды, содержащие поверхностно-активные вещества, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы.

     Ионный  обмен основан на процессе обмена межу ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности  твердой фазы – ионита. Этими  методами удается извлекать и  утилизировать ценные примеси: соединения мышьяка и фосфора, хром, цинк, свинец, медь, ртуть и другие металлы, а также поверхностно-активные и радиоактивные вещества.

     Иониты  разделяют на катиониты и аниониты. На катионитах происходит обмен катионами, а на анионитах – анионами. Этот обмен можно представить в  виде следующей схемы.

     Катионит (-): Me+ + H[K] « Me[K] + H+ .

     Анионит (+): SO42- + 2[A]OH « [A]2SO4 + 2OH-