Проектные решения по рациональному использованию воды на предприятии по производству обоев

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

"БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА"

Кафедра "ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ"

Пояснительная записка

К дипломному проекту

На тему: Проектные решения по рациональному использованию воды на предприятии по производству обоев

Выполнил студент Рябченко О.В.

г. Гомель

Введение

1. Общая характеристика предприятия и технологии производства

1.1 Характеристика предприятия

.2 Цеха и производственные участки

.3 Краткое описание технологического процесса производства обоев бумажных марка В-1, тип 1

2. Характеристика существующих систем водоснабжения и водоотведения

. Аналитический обзор и патейный поиск по современным системам водоподготовки и водоочистки

. Научно-исследовательская часть

4.1 Подбор и расчет оборудования по водоподготовке

4.2 Подбор и расчет оборудования по очистке сточных вод

5. Автоматизация процессов

. Проект производства работ по строительству флотатора-отстойника

6.1 Определение объемов работ при разработке котлована

.2 Выбор одноковшового экскаватора по техническим параметрам

.3 Подбор транспортных средств

.4 Выбор монтажного крана по техническим характеристикам

.5 Выбор машин для планировки и обратной засыпки пазух котлована

.6 Составление календарного плана производства работ

.7 Техника безопастности при проведении работ

.8 Охрана окружающей среды

7. Охрана окружающей среды

7.1 Комплексная охрана водных ресурсов

.2 Расчет разбавления сточных вод при сбросе их в озеро Шапор

.3 Расчет экономического ущерба и налоговых платежей за сброс сточных вод в озеро Шапор

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых (если не самой) масштабных сфер деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую среду.

Проблема защиты окружающей среды - одна из важнейших задач современности. Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водоемы и недра на современном этапе развития науки и техники достигли таких размеров, что в ряде районов, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнений в несколько раз превышают допустимые санитарные нормы.

Экологические исследования, проведенные в последние десятилетия во многих странах мира, показали, что всё возрастающее разрушительное воздействие антропогенных факторов на окружающую среду привело ее на грань кризиса. Среди различных составляющих экологического кризиса (истощение сырьевых ресурсов, нехватка чистой пресной воды, возможные климатические катастрофы) наиболее угрожающий характер приняла проблема незаменимых природных ресурсов - воздуха, воды и почвы - отходами промышленности и транспорта.

Проблема охраны окружающей среды является комплексной проблемой и имеет глобальный характер. Дальнейшее развитие человечества невозможно без комплексного учета социальных, экологических, технических, экономических, правовых и международных аспектов проблемы применительно не только к конкретному производственному циклу, но и в масштабах регионов, стран и всего мира.

Природная вода, разделяемая условно на атмосферную (дождь, туман, снег), поверхностную (реки, озера, пруды), подземную (артезианские скважины, шахтные колодцы) и соленую (моря, океаны), всегда содержит различные примеси. Характер и количество содержащихся в воде примесей определяют качество воды, то есть характеризуют возможность использования ее для различных целей в промышленности и в быту. Примеси поступают в воду, находящуюся в природном круговороте, из окружающей ее среды. Ежегодно на сушу в виде осадков выпадает примерно 100 тыс. км³ воды, из которых средний годовой сток речных вод составляет 6 тыс. км³.

Наибольшее народнохозяйственное значение имеет сток рек, который весьма неравномерно распределяется во времени и по территории. Кроме того, качество воды не всегда удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям. Поэтому для использования воды в тех или иных целях, обеспечения ее нужного количества и качества в заданные сроки необходимо проведение комплекса мероприятий.

Значительные масштабы водоснабжения и все возрастающие требования к качеству подаваемой воды поставили перед наукой и техникой ряд неотложных задач по повышению эффективности действия водопроводных сооружений. При проектировании очистных сооружений необходимо знать требования, предъявляемые к качеству воды, которая подается различным потребителям.

Промышленность использует воду в весьма больших количествах на технологические нужды при различных технологических процессах. Воду, подаваемую для некоторых производственных нужд, зачастую нужно подвергать такой же тщательной очистке, как и воду для питьевых целей.

Работы по эколого-экономическому совершенствованию различных методов, привели к усовершенствованию технологий и средств очистки воды. Одна и та же задача может быть решена несколькими альтернативными методами очистки сточных вод. В этой связи возникает необходимость решения многоуровневой оптимизационной задачи: выбор оптимальной технологии, с одной стороны, и условий реализации выбранной технологии - с другой. Большинство технологических процессов обработки вод различных типов, в том числе и сточных, не относятся к разряду новой техники, а известны и используются сравнительно давно, постоянно видоизменяясь и совершенствуясь.

Обычно выбор технологического решения очистки сточных вод определяется природой растворенных в них веществ, объемов стоков, степенью загрязненности, климатическими условиями и технологическими возможностями. Исходя из этих условий, можно утверждать, что универсального решения по очистке сточных вод каким - либо одним методом в настоящее время не существует.

Методы очистки сточных вод должны обеспечивать соответствие:

- действующим нормативным требованиям;

- технической безопасности;

- быть удобной в эксплуатации и ремонте;

- уровень надежности: срок службы не менее 10 лет;

- отделение продуктов очистки воды в виде шлама, направляемого на иловые площадки;

- метод очистки должен быть привязан к местным условиям: рельефу местности, инфраструктуре коммуникаций предприятия, к специфике физико-химического состава загрязнителей стоков.

В данном дипломном проекте необходимо запроектировать систему водоподготовки для технических нужд, а также систему водоочистки после техпроцессов на предприятии по производству обоев, имея в качестве исходных данных к проекту схему предприятия, существующие схемы водоснабжения и водоотведения, описание технологических процессов, экологический паспорт.

1. Общая характеристика предприятия и технологии производства

 

.1 Характеристика предприятия

ОАО "Гомельобои " расположено в юго - восточной части г.Гомеля (городской район Новобелица) на берегу озера Шапор, соединенного каналом с р.Сож. Территория площадки имеет спокойный рельеф. Коэффициент рельефа местности города - 1.

С севера граница площадки предприятия проходит по ул. Международной, с востока - по ул. Севастопольской, с других сторон территория промплощадки проходит вдоль береговой линии озера Шапор.

Климат г. Гомель умеренно- континентальный. Средняя температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца плюс 24. Средняя температура наружного воздуха наиболее холодного месяца минус 6.

В году преобладают ветры западных направлений. Пятипроцентную обеспеченность имеет ветер 5,5 м/с. Повторяемость направления ветра и штилей - 8%.

Для Гомеля характерна высокая относительная влажность, особенно в холодный период - 84%.

ОАО "Гомельобои" расположено на ул. Севастопольской, 45, г.Гомеля.

Основная производственная деятельность - печатание обоев способом высокой и глубокой печати, текстурных материалов для мебельной промышленности.

Для нужд предприятия используется вода из двух источников:

техническая вода из озера Шапор;

питьевая вода из городского водопровода.

На предприятии имеются следующие системы водоснабжения и канализации:

система технического водоснабжения с забором воды из озера Шапор, обеспечивающая производственные нужды предприятия;

система хозяйственно-питьевого водоснабжения для обеспечения хозяйственно-бытовых нужд предприятия;

система производственно-бытовой канализации с выпуском сточных вод в городскую канализацию;

система дождевой канализации с выпуском стоков в озеро Шапор.

Фактическое потребление воды составляет:

технической- 315 тыс. м³ год;

питьевой- 92 тыс. м³ в год.

Общее количество работающих 1392 человека, в том числе рабочих - 1136 человек, ИТР - 256 человек.

Количество смен работы - две смены.

Количество рабочих дней - 250.

 

.2 Цеха и производственные участки

Цех № 1 (глубокой печати)

Печатание обоев способом глубокой печати осуществляется пологими металлическими цилиндрами, на которых после нанесения медного слоя выгравирован рисунок, на обоепечатных машинах.

В состав печатных материалов входят водноспиртовая смесь в соотношении 1:2 или 1:3 и воднорастворимые краски. Для закрепления красочного слоя на бумаге в исходный состав добавляется шлихтующий препарат ОЛД.

Для декоративной отделки обоев используются перламутровые краски импортного производства, в состав которых входит вода, перламутр и ОЛД.

Для склеивания обоев '' Дуплекс '' используется клей ''Мовеол '' импортного производства.

Вредности: спирт этиловый, формальдегид, пыль бумажная, взвешенные вещества.

Цех № 2 (высокой печати)

Производство обоев осуществляется способом глубокой печати на обоепечатных машинах.

Размотка обоев производится на размоточных станках с последующей упаковкой в полиэтиленовую плёнку в термопечах.

На участке краскоподготовки готовятся окрасочные суспензии в составе водорастворимых красок, водноспиртовой смеси (1:3, 1:2), ОЛД, гели водорастворимой олифы импортного производства.

Для декоративной отделки обоев используются перламутровые краски импортного производства.

Для придания влагостойких качеств обоям используется покрытие из смеси латексов.

Вредности: спирт этиловый, формальдегид, пыль бумажная, взвешенные вещества, стирол.

Цех № 3 (декоративной бумаги, обоев)

На участке производства декоративной бумаги осуществляют печать высокодекоративных текстурных материалов для мебельной промышленности. Печать осуществляется воднорастворимыми красками импортного производства.

Вредности: спирт этиловый.

На участке производства обоев осуществляется производство влагостойких обоев способом глубокой печати. Влагостойкое покрытие наносится латексом БС-60 и БС-80.

Размотка обоев производится на размоточных станках с последующей упаковкой в полиэтиленовую плёнку в термопечи.

Вредности: спирт этиловый, формальдегид, взвешенные вещества, стирол.

Цех печатных форм

Производится изготовление печатных форм заданного рисунка для печатания обоев.

Вредности: спирт этиловый, хрома оксид, натрия гидроокись, никель металлический, меди оксид, кислота серная, кислота азотная, тетрахлорэтилен.

Ремонтно-механический цех (РМЦ)

Производится обработка металлических заготовок, сварочные работы, обработка резиновых, полиуретановых, бумажных валов.

Вредности: взвешенные вещества, железа оксид, марганца диоксид, пыль неорганическая с содержанием SiO₂ 70-20%, водород фтористый, азота диоксид, углерода оксид.

Столярный участок

Производится обработка древесины на деревообрабатывающих станках, изготовление поддонов для складирования и транспортировки обоев.

Вредность: пыль древесная.

Паросиловой цех

Осуществляется обеспечение производства технологическим паром и горячей водой двумя котлоагрегатами ДКВР 6.5/11 и двумя ДКВР 10/13, работающих на природном газе.

Вредности: азота диоксид, углерода оксид.

Электроцех

Включает аккумуляторный участок, где производится подзарядка аккумуляторов электропогрузчиков серной кислотой и ремонтный участок, где производится обжиг и сушка электродвигателей.

Вредности: кислота серная, формальдегид, ксилол, спирт бутиловый, уайт-спирит.

Автозаправочная станция (АЗС)

Производится приём, хранение и отпуск бензина А-76, А-92, дизтоплива.

Вредности: Бензол, ксилол, толуол, этилбензол, углеводороды непредельные С2-С5, углеводороды предельные С1-С10, углеводороды предельные С12-С19.

Спиртохранилище

Производится хранение и отпуск спирта этилового на технологические нужды.

Вредности: спирт этиловый.

ОАО "Гомельобои" является предприятием 3 класса опасности.

 

.3 Краткое описание технологического процесса производства обоев бумажных марка В - 1, тип 1

Процесс производства обоев бумажных марки В-1 состоит из следующих стадий:

- краскоприготовление;

- печатание рисунка;

- сушка отпечатанного полотна;

- нанесение влагостойкого покрытия;

- размотка, упаковка, маркировка.

Приготовление красок производится в краскоприготовительном отделении, в реакторах и емкостях, для приготовления красок с использованием связующего, водно- спиртовой смеси и других компонентов по заданным колористикам.

Процесс печатания обоев осуществляется на обоепечатных машинах фирм: "Хольвег" (Франция), "Фишер и Крекке" (Германия), "Пламаг" (Германия), "Вифаг", "Черутти" (Италия). Печать оттиска (нанесение рисунка) осуществляется с помощью формных цилиндров, после чего производится сушка полотна в каждой печатной секции.

Процесс покрытия обоев водостойкойкомпозицией на основе бутаден - стирольных латексов осуществляется на бумагокрасильных машинах или непосредственно на ОПМ "Фишер и Крекке", "Хольвег".

Затем рулоны устанавливаются на размоточно - упаковочные линии, где отпечатанное полотно формируется в рулончики, обрезается на заданную длину, маркируется, заворачивается в полиэтиленовую пленку.

Завернутые в полиэтиленовую пленку рулончики обоев упаковываются в бумажные мешки и укладываются на поддоны.

Для производства обоев используются следующие основные материалы:

1. Краски флексографские водоразбавляемые серии 929 "О" ТУ 2354-013-02424767 фирмы "Сан Кемил МПК".

2. Пигментные пасты Unibase серии 140.

3. Шлихтующий препарат ОЛД-02-ЭМА-2, ТУ 2216-058-05800142.

4. Связующее для печатной краски FB 10-961 серии FOLCO FLEX FB 10 фирмы "Фольманн и КО".

5. Латекс синтетический БС-65м. А, ТУ 38.103550, латекс бутадиенстирольный БС-85, ТУ 38.103229.

2. Характеристика существующих систем водоснабжения и водоотведения

Водоснабжение.

Система водопотребления ОАО "Гомельобои" предназначена для обеспечения предприятия в воде. Система водоснабжения на предприятии состоит из: забора воды из озера Шапор, предназначенной для обеспечения технических нужд, городского водопровода на обеспечение хозяйственно- питьевых нужд.

Водозабор поверхностных вод предназначен для бесперебойного обеспечения потребностей предприятия в воде технического качества. В состав водозабора вод входят водозаборное сооружение- оголовок, оборудованный решеткой и рыбозащитной сеткой, и насосная станция берегового типа. На насосной станции размещены три насоса марки Д320-50 (1 рабочий, 2 резервных), которые оборудованы регулируемым электроприводом.

Озеро Шапор относится к водоему второй категории.

Таблица 1- Характеристика воды озера Шапор на 6.12.2004г.

Компонент	Концентрация, мг/л
рН	7,39
Хлориды	17,63
Сульфаты	25,066
Железо	0,481
Цинк	0,018
Сухой остаток	287,20
Нитриты	0,020
Нитраты	4,127
СПАВ	0,0895
Хром	<0,5
Взвешенные вещества	5,20
Нефтепродукты	0,0548
Фенолы	0,0016
Марганец	0,0370
Медь	0,0020
Азот амонийный	0,556

Среднесуточное водопотребление за 2002 г. Составило 1264,8 /сут.

Техническая вода в производственных процессах используется на:

разведение красок, приготовление клея;

охлаждение барабанов и валов машин, компрессоров;

закалку деталей в ремонтно-механическом цехе;

нужды гальванического участка в цехе печатных форм;

-мойку оборудования и валов, емкостей и тележек.

Предприятие обеспечивается питьевой водой для хозяйственно- питьевых нужд работающих от двух вводов водопровода с ул. Севастопольской. Вводы оборудованы счетчиками воды.

Среднесуточный расход питьевой воды по данным за 2002 г. составил 221,3м³/сут.

Питьевая вода используется на питьевые нужды работающих (питьевые фонтанчики в цехах), санитарные приборы, нужды столовой, медпункта, физкультурно-оздоровительного комплекса (ФОК), цеховых саун, уборку помещений.

Для технического водоснабжения котельной используется озерная вода. Грубодисперсные примеси удаляются на установке механического фильтрования, которая состоит из двух фильтров, загруженных антрацитом и песком. Содержание взвешенных веществ после механического фильтрования не более 5мг/л. После установки механического фильтрования осветленная вода подается на установку двухступенчатого Na- катионирования, состоящего из 5 фильтров.

Химочищенная вода подается в конденсатный бак, из которого через регулятор расхода поступает в деаэрационную колонку питательного деаэратора. В деаэраторе происходит удаление агрессивных газов - кислорода и углекислого газа. Деаэрированная питательная вода подается на питательные насосы.

Контроль качества осветленной, химочищенной, питательной воды, конденсата пара и котловой воды производится на пробоотборных точках. Счетчиками производится учет расхода озерной, химочищенной и питательной воды.

Регенерационный раствор поваренной соли для Na- катионитовых фильтров готовится в баке крепкого раствора соли и в расходном баке регенерационного раствора соли.

Для повторного использования частичноумягченной воды после отмывки для Na- катионитовых фильтров установлен бак взрыхляющей промывки.

Водоотведение.

Производственные сточные воды цехов № 1,2 подвергают механическому способу очистки.

Сточные воды цехов по производству обоев содержат взвешенные и водорастворимые вещества: краски, следы масел, кальцинированную соду от использования для мойки оборудования.

Очистка сточных вод осуществляется в горизонтальных отстойниках. Для цеха № 1 используется трехсекционный отстойник с размерами в плане 3,0×3,0×2,5 (h) м; для цеха № 2- двухсекционный отстойник 4,0×2,0×2,5 (h) м.

Производственные сточные воды, очищенные на локальных очистных сооружениях предприятия, направляют в городскую канализацию.

Сточные воды из цеха печатных форм собираются в сборный водоем, где выполняется непрерывная сборка отработанных вод и подготовка их для дальнейшей очистки. Содержимое бассейна непрерывно и интенсивно перемешивается сжатым воздухом для предотвращения образования на дне бассейна осадков и отвода остатков растворителей.

Из сборного водоема с помощью насоса вода перекачивается в секцию восстановления, где происходит восстановление ионов хрома из валентности +6, находящихся в хромовой кислоте, в 3-х валентный хром в виде сульфата хрома содержимое секции интенсивно перемешивается мешалкой FM 110. Подачей серной кислоты и раствора бисульфита натрия рН среды доводится до 2,5. По достижении значения рН 2,5 процесс восстановления хрома считается законченным.

Уравнение реакции перехода Cr⁺⁶ в Cr⁺³:

2H₂CrO₄+6NaHSO₃®Cr₂(SO₃)₃+3Na₂SO₄+5H₂O

В случаях, когда по каким-либо причинам водородный показатель снизился и стал ниже, чем 2,5, его необходимо стабилизировать добавлением воды из водоема.

Из секции восстановления хрома вода перекачивается в бассейн для периодической обработки, куда подается "известковое молоко" и флокулянт.

Для приготовления "известкового молока" необходимо 15%-ую суспензию растворить в воде в соотношении 15:100. Устройство для приготовления "известкового молока" состоит из бака для приготовления раствора емкостью 800 литров, смесителя суспензии, насоса для подачи "известкового молока", системы управления для выполнения автоматической мойки и отделения водопроводной воды. В состав этого оборудования входит также измерительное устройство для определения концентрации гидроокиси кальция в суспензии. Трубопровод подачи водопроводной воды не должен погружаться в известковую суспензию во избежание попадания суспензии в водопроводную сеть. Каждые 3 месяца бак для приготовления "известкового молока" и корпус насоса тщательно очищаются. Каждые два года заменяется трансмиссионное масло (S AE 80 или 150 VG 68).

В результате обработки воды химреактивами, происходит перевод растворимых солей металлов в нерастворимые гидроокиси. Добавление коагулирующих веществ способствует интенсивному хлопьеобразованию с последующим осаждением взвешенных частиц.

Осаждение гидроокисей металлов происходит при следующих значениях рН среды:

Fe(OH)₃-2,8-4,0(OH)₃-4,2-5,0(OH)₃-5,5-6,5(OH)₂-5,8-8,0

Работа автоматической системы управления обработки воды заключается в следующем:

насос наполняет бассейн до уровня 3,3 м³;

происходит нейтрализация водородных ионов посредством добавления суспензии "известкового молока";

при достижении значения рН среды до 7,7-8,0 включается дозировка коагулирующих средств;

обработанная вода перекачивается в бассейн.

В бассейне обработанной воды происходит сгущение способных к осаждению веществ, как например: гидроокиси хрома, гидроокиси меди и т.д. По этой причине бассейн выполнен в виде воронки. При добавлении соответствующего количества синтетических коагулирующих веществ, уже по истечении краткого периода времени в бассейне формируются два слоя: нижний, состоящий из различных осадков, и верхний - чистая вода.

Верхний слой чистой воды через соответствующие сепараторы подается в контрольную шахту. Нижний слой посредством поршневого мембранного насоса отводится к фильтр-прессу ДРР для обезвоживания.

Фильтр-пресс состоит из уложенных параллельно покрытых фильтровальной тканью пластмассовых плат. Эти фильтрующие платы прижимаются гидравлически к головной части фильтра. Фильтровальная ткань служит как уплотнение и как фильтр. Каждая пластина имеет трубу для отвода фильтрата, следовательно представляется возможным контролировать эффективность работы каждой отдельной пластины. Процесс фильтрования считается оконченным как только прекратится сток фильтрата. Рабочее давление для фильтрации устанавливается на уровне 10 бар.

После окончания работы фильтрования каждой партии осадка, отключается высоконапорный насос КМР. Фильтровальный пакет разжимается, а обезвоженные и уплотненные фильтрационные лепешки сбрасываются в сборную тележку. Промежуточное хранение фильтрационных лепешек осуществляется в сборной емкости (контейнере для отходов).

Очищенный фильтрат направляется в контрольную шахту. После замера и регистрации показателя водородных ионов, вода направляется в канализационную сеть.

Количество осадка, выпадающего в отстойнике, влажностью 98-99% составляет 5-10% объема сточных вод. Обезвоженный на фильтр-прессе до влажности 60-70% осадок вывозится на полигон ТБО. Гальванического шлама образуется 1,5 тонны в год.

Очистные сооружения ливневой канализации имеют пропускную способность 108 м³/ч.. Очистные сооружения имеют размер в плане 22,0×2,0 м, оборудованы камерой доочистки. Выпуск очищенных дождевых стоков осуществляется в озеро Шапор. Т.к. озеро Шапор одновременно является источником водоснабжения на технические нужды, то ведется постоянный контроль за концентрацией взвешенных веществ и нефтепродуктов в сбрасываемой воде.

Концентрация поступающих взвешенных веществ составляет 300 мг/л, сбрасывают в водоем-с концентрацией 30 мг/л; для нефтепродуктов 90 мг/л, сбрасывают 0,3 мг/л.

Заводской лабораторией 1-2 раза в месяц проводится анализ сбрасываемых сточных вод в городскую канализацию.

На промплощадке предприятия размещается канализационная насосная станция для подачи стоков в городскую канализационную сеть. В КНС установлены насосы ФГ 216/124 (Q=250 м³/ч; H=22 м), 1 рабочий, 1 резервный. При поступлении на КНС объединяются 2 потока сточных вод:

производственно-бытовые стоки предприятия;

хозяйственно-бытовые стоки от жилых домов, расположенных рядом с предприятием. Соотношение собственного стока и хозяйственно-бытовых стоков от населения составляет 1:0,85, что оказывает положительное влияние на снижение концентрации загрязнений промстоков.

3. Аналитический обзор и патейный поиск по современным системам водоподготовки и водоочистки

Водоподготовка

Всеобщее желание упростить технологию, малыми средствами добиться больших результатов вполне понятно. Поэтому в последнее время и стали так активно развиваться технологии водоподготовки, использующие физические методы: магнитный, ультразвуковой, радиочастотный, электрохимическая обработка. К ним условно можно отнести и баромембранные методы и электродиализ. Конечно, лишь обманывая себя, можно утверждать, что, внедряя эти методы, инженеры избавляют общество от химических отходов и соответствующих сточных вод: их "производство" переносится от предприятий, использующих мембраны, магниты и другие материалы и устройства, к тем предприятиям, где эти материалы выпускаются.

Кроме того, всегда нужно помнить о тех ограничениях, которые сопутствуют применению упомянутых методов. В частности, вероятно, из-за малой мощности магнитных, электромагнитных, ультразвуковых, электрохимических устройств не удается применить их в качестве умягчителей или деминерализаторов воды для теплогенераторов и теплоиспользующих аппаратов с большими значениями тепловых потоков.

Серьезные ограничения связаны также с необходимостью учитывать требования упомянутых устройств и аппаратов к качеству поступающей в них исходной воды, что особенно значимо для баромембранных методов, в частности, для обратного осмоса. Следовательно, опять возникает потребность в предварительной очистке.

Еще один все более расширяющийся раздел водоподготовки - обработка воды комплексообразователями. Метод, соблазняющий все теми же удобствами. Действительно, вместо огромного завода водоподготовки - бак с раствором реагента и дозатор. К сожалению, и здесь имеют место ограничения по температуре воды и тепловому потоку, по качеству сточных вод.

В условиях конкурентной борьбы с перечисленными технологиями успешно развивается усилиями поколений исследователей и изобретателей давно известный ионообменный метод, улучшаются его технологические показатели.

Известно, что при всех достоинствах ионообменный метод имеет свой набор недостатков: нужны реагенты для регенерации ионитов, в процессе водоочистки возникают сточные воды, отнюдь не идентичные по качеству природной воде.

После того как в 1935 году были впервые установлены ионообменные свойства некоторых полимерных смол, технология водоподготовки начала принимать современный вид.

В настоящее время найдено много ионообменных материалов природного происхождения: гумусовый и бурый уголь, торф, древесина, крахмал, глауконит, волконскоит, бентонит и другие алюмосиликаты (цеолиты), созданный по типу натурального искусственный цеолит - пермутит и др.

Однако все эти материалы характеризуются небольшой обменной емкостью- недостаточными для интенсивного промышленного использования ионообменными способностями. Решающий этап развития ионообменной водоподготовки начался, как упомянуто выше, с созданием в 1935 году Б.Адамсом и Е. Холмсом полимерных ионитов.

Были предложены и введены в действие многообразные конструкции ионообменных фильтров, и, как правило, все они были параллельноточными (обрабатываемая вода и регенерирующий раствор протекают в фильтре в одном направлении - сверху вниз). По мере продвижения регенерационного раствора сверху вниз через слой ионита концентрационный напор - разность концентраций между ранее задержанными ионитом ионами (например, кальцием и магнием) и вытесняющими их ионами регенерирующего раствора (например, натрия) - становится все меньше и меньше.

В конце своего пути слабый регенерационный раствор встречается со слоем ионита, содержащего некоторое, хотя и небольшое, количество ионов, которые нужно вытеснить из ионита. Вытеснения не происходит. В результате следующий поток обработанной воды не достигает необходимого качества.

Выход из положения был найден технологами, предложившими двухступенчатое (для натрий - катионирования) и трехступенчатое (для деминерализации ионированием) фильтрование. Разновидностью двухступенчатого умягчения можно считать параллельноточное - противоточное фильтрование: несмотря на название, в каждом из фильтров осуществляется параллельноточное фильтрование.

Преимущества противоточного фильтрования были известны давно, но промышленное применение оно нашло лишь с появлением специальных конструкций фильтров и развитого производства разнообразных высокоэффективных ионитов.

При противоточной технологии ионирования наиболее хорошо регенерированный катионит расположен в том слое, который находится на выходе из фильтра. Обрабатываемая вода проходит слои ионита со все более увеличивающейся глубиной регенерации, то есть концентрационный напор сохраняется по всему пути воды. Тем самым обеспечивается высокое качество умягчения и деминерализации, наиболее полно используется рабочая обменная емкость ионита, уменьшается расход реагентов, воды на собственные нужды и сточных вод. В настоящее время известны несколько конструкций противоточного фильтрования. Принципиально они различаются по направлениям потоков: поток воды - снизу вверх, регенерация - сверху вниз; поток воды - сверху вниз, регенерация - снизу вверх.

Обессоливание природной воды включает в себя два основных процесса: предварительную обработку с целью удаления механических примесей и последующую очистку ее методом ионного обмена. При предварительной очистке (предочистке) воды осуществляется первый этап приготовления добавочной воды для питания паровых котлов, испарителей и других генераторов пара - удаляются из воды содержащиеся в ней грубодисперсные (взвешенные), коллоидные примеси, а также некоторая часть растворенных (ионных) примесей. Оставшиеся в воде после предочистки вредные примеси - преимущественно ионного характера - удаляются в процессе второго этапа обработки (обычно умягчения) и ионитного либо термического обессоливания воды.

Обработка воды методом ионного обмена основана на пропуске исходной воды или частично обработанной воды через фильтрующий слой ионообменного материала, практически нерастворимого в воде но способного взаимодействовать с содержащимися в обрабатываемой воде ионами. Материалы, обладающие свойствами обменивать катионы, называются катионитами, а материалы, обладающие свойствами обменивать анионы, - анионитами. Чтобы получить нужную ионную форму ионита, проводят регенерацию.

Катиониты при регенерации их растворами NaCl, H₂SO₄ образуют соответственно натриевую или водородную формы, которые условно можно обозначить следующим образом: NaR, HR.

При пропуске обрабатываемой воды, содержащей катионы Са²⁺ и Mg²⁺, через отрегенерированный катионит протекают реакции обмена ионов Са²⁺ и Mg²⁺ на ионы Na⁺ или Н⁺, содержащиеся в катионите; этот процесс называется катионированием. Аниониты, отрегенерированные щелочью NaOH, образуют гидроксильную форму, условно обозначенную ROH. Если через отрегенерированный анионит пропускать раствор кислоты, например HCl, произойдет реакция обмена анионов (анионирование) и осуществится взаимная нейтрализация ионов Н⁺ (кислоты) и ионов ОН^- , вытесненных анионами из анионита.

+ HCl = RCl + Н₂О

Н+ ОН = Н₂О

По своей химической природе все катионы являются кислотами, все аниониты - основаниями. В зависимости от состава функционально активных групп различают типы ионитов по кислотности (или основности), катиониты подразделяют на сильно-, средне- и слабокислотные, соответственно аниониты - на сильно-, средне- и слабоосновные. Наиболее часто используемые марки катионитов в практике питьевого водоснабжения приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Используемые марки катионитов

Показатели	КУ-2-8	Пьюролайт NRW-100	Lewatit CNP LF
Размер зерен (гранул), мм	0,4-1,25	0,3-1,2	0,4-1,6
Массовая доля влаги (влажность) в товарном ионите	50-60	49-55	45-50
Полная статическая обменная емкость, мг-экв/см3	1,8	1,8	4,3
Максимальная рабочая температура, Сº	120	120	120
Рабочий диапозон рН	1-14	0-14	0-14
Насыпная масса товарного ионита, кг/м3	750-800	780-790	750

Водоотведение

Основная масса воды, используемая предприятием, приходится на долю красильно-отделочных производств, в сточные воды которых поступает значительное количество органических и минеральных примесей различных классов красителей, ПАВ, шлихтующие и другие препараты.

Общий сток предприятий складывается из производственно- технологических и хозяйственно-бытовых сточных вод. Производственные сточные воды состоят из отработанных растворов различных химических препаратов и промывных вод.

По целому ряду показателей сточные воды этих производств не удовлетворяют требованиям приема сточных вод в городскую систему канализации.

Применение методов физико-химического взаимодействия и флотационного разделения полидисперсных систем позволило создать ряд схем для локальной и предварительной очистки сточных вод красильно-отделочных производств.

Сточные воды из-за наличия биохимических инертных и не полностью окисляемых органических веществ характеризуются повышенным химическим потреблением кислорода (ХПК), высокой цветностью, обусловленной содержащимися в них красителями, а также токсичностью вследствие наличия ПАВ.

Поэтому при сбросе таких вод в городскую канализационную сеть требуется их предварительная очистка на локальных очистных сооружениях.

Наибольшее распространение при очистке таких сточных вод получили флотационные методы.

Технологические схемы процессов флотационной очистки красильно-отделочных сточных вод можно разбить на две группы. К первой группе относятся те, в которых очищаемая вода не обрабатывается химическими реагентами, а извлечение загрязнений происходит только за счет их непосредственного взаимодействия с диспергированной газовой фазой. Ко второй группе - технологические схемы, в которых вода обрабатывается с использованием реагентов, активно участвующих в изъятии загрязнений. В качестве реагентов используются сернокислый алюминий, сернокислое и хлорное железо и различные флокулянты.

Для очистки сточных вод предприятий легкой промышленности получили распространение флотаторы.

Флотация-процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки производственных сточных вод методом флотации заключается в образовании комплексов "частицы-пузырьки", всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы, находящейся в жидкости, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью.

Смачивающая способность жидкости зависит от ее полярности, с возрастанием которой способность жидкости смачивать твердые тела уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60-65 мН/м. Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуется величиной краевого угла смачивания θ (рисунок 1).

1 - частица; 2 - пузырек.

Рисунок 1 - Схема прилипания пузырька к частице.

Чем больше угол θ, тем более гидрофобна поверхность частицы, т. е. увеличивается вероятность прилипания к ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются. Большое значение при флотации имеют размер, количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде. Оптимальные размеры воздушных пузырьков 15-30 мкм, а максимальные 100- 200 мкм.

В практике очистки производственных сточных вод выработаны различные конструктивные схемы, приемы и методы флотации. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ, метод пенной сепарации - для удаления растворенных веществ. Флотаторы применяют также для удаления загрязняющих веществ из сточных вод перед биологической очисткой для разделения иловой смеси; в технологических схемах глубокой очистки биологически очищенных сточных вод; при повторном использовании очищенных сточных вод.

Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу можно выделить следующие способы флотационной обработки производственных сточных вод:

) флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эрлифтные флотационные установки);

) флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки);

) флотация с подачей воздуха через пористые материалы;

) электрофлотация.

Флотационные установки могут состоять из одного или двух отделений (камер). В однокамерных установках в одном и том же отделении происходит одновременно насыщение жидкости пузырьками воздуха и всплывание флотирующихся загрязнений. В двухкамерных установках, состоящих из приемного и отстойного отделений, в первом отделении происходит образование пузырьков воздуха и агрегатов "пузырек - частица", а во втором - всплывание шлама (пены) и осветление жидкости.

Флотация с выделением воздуха из раствора. Этот способ применяется при очистке производственных сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений, поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки воздуха. Сущность его заключается в создании перенасыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. Выделяющийся из такого раствора воздух образует микропузырьки, которые и флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения. Количество воздуха, которое должно выделиться из пересыщенного раствора и обеспечить необходимую эффективность флотации, обычно составляет 1 - 5 % объема обрабатываемой сточной воды.

Преимуществом вакуумной флотации является то, что образование пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание образовавшихся агрегатов "пузырек - частица" происходит в спокойной среде и вероятность их разрушения сводится к минимуму; минимальны также энергозатраты и на насыщение жидким воздухом, образование и измельчение воздушных пузырьков. В то же время необходимость сооружения герметически закрытых резервуаров, сложность эксплуатации вакуумных флотационных установок, а также ограниченный диапазон их применения (концентрация загрязнений в сточной воде не должна превышать 250 мг/л) являются недостатками метода вакуумной флотации.

Сточная жидкость, поступающая на флотацию, предварительно насыщается воздухом в течение 1 - 2 мин в аэрационной камере, откуда она поступает в деаэратор для удаления нерастворившегося воздуха. Далее под действием разрежения (0,02-0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную камеру, в которой растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Продолжительность пребывания сточной воды во флотационной камере 20 мин, а нагрузка на 1 м² площади поверхности около 200 м³/сут. Скапливающаяся пена вращающимися скребками удаляется в пеносборник. Для отвода обработанной сточной воды обеспечивается необходимая разность отметок уровней во флотационной камере и приемном резервуаре или устанавливаются насосы.

Напорная флотация имеет более широкий диапазон применения, поскольку позволяет регулировать степень пересыщения в соответствии с требуемой эффективностью очистки сточных вод при начальной концентрации загрязнений до 4 - 5 г/л и более. При напорной флотации сточные воды компрессором подаются в напорный бак (сатуратор). Объем сатуратора рассчитывают на необходимую продолжительность насыщения воздухом (обычно 1-3 мин) при избыточном давлении 0,3-0,5 МПа. Количество растворяющегося в сатураторе воздуха должно составлять 3 - 5% объема обрабатываемой сточной воды. Насыщенная воздухом вода из сатуратора подается во флотационную камеру, где выделившиеся из сточной воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами взвешенных веществ. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмами для сгребания пены в пеносборник. При небольшой высоте всасывания (до 2 м) и незначительных колебаниях уровня воды в приемном резервуаре (0,5-1м) воздух подают через эжектор во всасывающий патрубок насоса. Количество подаваемого воздуха зависит от начальной концентрации загрязняющих веществ и составляет 15; 20; 28; 40 л на 1 кг извлекаемых веществ при их начальной концентрации соответственно 3 - 4; 1; 0,5 и менее 0,2 г/л. Площадь флотационной камеры следует принимать исходя из гидравлической нагрузки 3 - 6 м³/ч на 1 м² площади поверхности камеры. Продолжительность флотации составляет 20 - 30 мин.

Сточные воды, насыщенные воздухом, поступают во флотатор снизу через вращающийся водораспределитель. Выделяющиеся из воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами загрязнений. Вращающимся механизмом пена сгребается в лоток и удаляется. Обработанная вода отводится с днища и по вертикальным каналам переливается в отводящий кольцевой лоток. Пропускная способность одного флотатора не должна превышать 1000 м³/ч.

Флотаторы с горизонтальным движением воды применяются при расходах до 100 м³/ч, с вертикальным - до 200, с радиальным - до 1000 м³/ч. Горизонтальная скорость движения воды в прямоугольных и радиальных флотокамерах составляет не более 5мм.

Флотаторы открытого типа с пневматическим диспергированием воздуха позволяют снизить концентрацию ПАВ в среднем на 40 %, интенсивность окраски - на 30 % и ХПК на 26 %, а применение многоступенчатых флотаторов снижает концентрацию ПАВ на 50-60 %, интенсивности окраски - на 40 %, ХПК - на 35 %.

В последнее время все более широкое распространение при очистке красильно-отделочных сточных вод получают электрофлотационные методы. В ряде случаев качество очистки при электрофлотации превышает эффект очистки стоков другими способами.

Основное отличие электрофлотации от других флотационных процессов заключается в способе получения дисперсной газовой фазы, что достигается электролизом воды. Важная особенность этого метода заключается и в том, что изменяя величину и плотность тока, можно управлять количеством образующегося газа и его дисперсным составом.

Кроме основного процесса флотации, удалению загрязнений способствуют окислительно-восстановительные реакции, проходящие на поверхностях электродов, образующиеся в растворе окисляющие ионы и коагуляция коллоидов под действием электрического поля в межэлектродном пространстве. Благодаря этому при электрофлотационной очистке происходит обезвреживание воды, которое является следствием нарушения внутриклеточного разложения бактерий при изменении их поверхностного электрического потенциала.

При оптимальных дозах реагента не ниже 30 мг/л по иону металла снижение интенсивности окраски составляет 65 %, содержания взвешенных веществ - 80 %, ПАВ - 74 %, ХПК - 40 %. Эти данные показывают, что электрофлотационный процесс, хотя и обладает высокой эффективностью, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к качеству сточных вод, сбрасываемых в городскую канализационную сеть.

Гальваническое производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, особенно водного бассейна. Практически на каждом промышленном предприятии имеются гальванические производства, сбрасывающие стоки, в состав которых входят ионы тяжелых металлов (хрома, кадмия, никеля, цинка, меди), кислоты, щелочи, поверхностно- активные вещества и другие высокотоксичные соединения.

В связи с этим содержание тяжелых металлов в водных источниках строго регламентируются. Постоянно ужесточаются требования к качеству очищенных промышленных сточных вод, сбрасываемых в городские канализационные сети.

Все это требует создания высокоэффективных очистных сооружений, которые одновременно должны отвечать и другим требованиям: экономичности, компактности, высокому уровню автоматизации, надежности, устойчивости в работе и другие.

Поскольку характер и состав сточных вод весьма разнообразен, разнообразны, поэтому и методы очистки их от загрязнений.

В практике очистки сточных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов применяются реагентные, электрохимические и некоторые другие методы.

Электрохимические методы очистки сточных вод включают анодное окисление, катодное восстановление растворенных веществ, электрокоагуляцию и электородиализ. Токсичные вещества превращаются в нетоксичные (или малотоксичные) соединения. Некоторые вещества могут переходить в газообразное состояние, выпадать в нерастворимый осадок, флотироваться в виде пены, осаждаться на катодах (металлические осадки). Методом электродиализа можно удалять из сточных вод соли, кислоты и щелочи с одновременной их регенерацией.

Электрохимические методы очистки сточных вод от различных производств основаны на анодном окислении. Промышленное внедрение получили установки для электрохимической очистки сточных вод от цианидов.

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки, без использования химических реагентов. Основным недостатком этих методов является большой расход электроэнергии.

Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно.

Эффективность электрохимических методов оценивается рядом факторов: плотностью тока, напряжением, коэффициентом полезного использования напряжения, выходом по току, выходом по энергии.

Электролиз проводят в проточных или контактных условиях. Проточные электролизеры могут быть непрерывного или периодического действия (с многократной циркуляцией сточных вод или без нее).

В электролизере, схема которого показана на рисунке 2, на положительном электроде - аноде ионы отдают электроны, т. е. протекает реакция электрохимического окисления; на отрицательном электроде - катоде происходит присоединение электронов, т. е. протекает реакция восстановления.

Электролизеры могут быть разделены перегородками (диафрагмами) на отдельные камеры. Различают двухкамерные (с катодной и анодной камерами) и трехкамерные (с катодной, анодной и межэлектродной камерами) электролизеры. Обрабатываемая вода поступает в одну из камер, в то время как в других камерах находятся растворы электролитов (кислот, щелочей или солей).

1 - корпус; 2 - анод; 3 - катод; 4 - диафрагма.

Рисунок 2 - Схема электролизера:

При электролизе происходит направленное движение заряженных коллоидных частиц с их разрядкой у соответствующих электродов и последующей коагуляцией. Возможна также флотация твердых или эмульгированных веществ пузырьками газов, выделяющихся на электродах.

Применение электрохимических методов целесообразно при относительно высокой электропроводности сточных вод, обусловленной наличием в них неорганических кислот, щелочей или солей.

Из всех известных электрохимических методов очистки сточных вод наибольшее распространение получил метод электрокоагуляции с применением анодов из листового железа и алюминия. Процесс аналогичен обработке воды соответствующими реагентами, однако при электрокоагуляции вода не обогащается сульфатами или хлоридами, содержание которых лимитируется при сбросе очищенных вод в водоемы или использовании в оборотных системах.

4. Научно- исследовательская часть

 

.1 Подбор и расчет оборудования по водоподготовке

Расчет установки для Н-Na- катионирования воды

Для технических нужд необходимо снизить щелочность воды до 0,5 мг-экв/л, жесткость до 0,05мг-экв/л, содержание железа до 0,1 мг/л. Т.к. исходная вода "щелочная", т.е. Щ>Ж_общ, то для ее умягчения используем Н-Na- катионирование.

Расчетная производительность водоумягчительной установки Q_час=79,05м³/ч.

Качество исходной озерной воды характеризуется следующими данными: общая жесткость Ж_о=4мг-экв/л; щелочность Щ=4,5мг-экв/л; количество взвешенных частиц 5,20 мг/л; содержание ионов SO₄^2-25,066 мг/л, или 25,066:48,03=0,52 мг-экв/л и ионов Cl^-17,63 мг/л, или 17,63:35,46-0,5 мг-экв/л.

Таким образом, сумма сульфатных и хлоридных ионов (SO₄^2-+ Cl^-) = =A=1,02 мг-экв/л, т.е. не превышает допустимой величины 3-4 мг-экв/л [15].

Содержание ионов натрия Na⁺ составляет 14 мг/л, или 14:23=0,6 мг-экв/л.

Допустимая остаточная щелочность умягченной воды а=0,35 мг-экв/л.

Т.к. щелочность воды больше ее жесткости, то вода "щелочная" и требуется Н-Na-катионирование воды. Требуется снизить щелочность до 0,5 мг-экв/л, жесткость до 0,05 мг-экв/л, а содержание железа до 0,1мг/л.

Расход воды подаваемой на Н-катионитовые фильтры, Q_H, м³/ч,

 (1)

Для данного примера

м³/ч, или 75,18% Q_час.

Удельный расход серной кислоты H₂SO₄ на регенерацию Н-катионитовой загрузки принимаем: S=90 г/г-экв.

Величину коэффициента эффективности регенерации α_э^Н при расчете Н-катионитовых фильтров принимаем согласно [15] равной 0,83.

Рабочая обменная способность Н-катионита Е^Н_раб, г-экв/м³,

 (2)

где q₀- удельный расход осветленный воды на отмывку катионита, равный 5 м³/м³;

C_Na- концентрация натрия в исходной воде, равная 0,6 мг-экв/л;

С_К- концентрация калия в исходной воде в мг-экв/л (в данном случае С_К=0).

Величина Е_полн определяется по данным паспорта завода; при крупности сульфоугля 0,3-0,8 мм Е_полн=550 г-экв/м³. Тогда

г-экв/м³.

Необходимый объем катионита для загрузки в Н-катионитовые фильтры W_H, м³,

. (3)

Тогда, при Q_полез^Н= Q_Н и числе регенераций за сутки n=2

м³.

Расчетная скорость фильтрования на Н-катионитовых фильтрах υ^H_расч, м/ч,

 (4)

Т₀ - продолжительность работы фильтра при снижении кислотности фильтрата до нуля, равная 10,5 ч;

d₈₀ - 80%- ный калибр зерен катионитовой загрузки, равный 0,8 мм.

Индексом "исх" обозначена исходная вода, а индексом "ф" - фильтрат Н- катионитовых фильтров, тогда Ж_ОФ= 0,05мг-экв/л и С_NaФ=0,01мг-экв/л.

В данном случае:

м/ч.

Необходимая площадь Н-катионитовых фильтров F_H, м²,

м². (5)

Принимаем 3 рабочих фильтра и один резервный D=1,5 м и f=1,77 м².

Суммарная площадь трех рабочих фильтров .

Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме , а при выключении одного из рабочих фильтров на регенерацию (форсированный режим) .

Объем загрузки Н-катионитовых фильтров W_H, м³,

. (6)

Вода, прошедшая через Н - катионитовые фильтры (кислый фильтрат), смешивается с водой, прошедшей через Na - катионитовые фильтры (щелочной фильтрат). В результате происходящей взаимной нейтрализации умягченная вода приобретает оптимально низкую щелочность (при схеме параллельного H-Na- катионирования 0,3 мг-экв/л).

Смешанный фильтрат подается в дегазатор для удаления СО₂, образующейся при Н - катионировании и при смешении кислого и щелочного фильтратов.

Расход воды через Na -- катионитовые фильтры Q_Na, м³/ч

м³/ч, или 24,82%.

Рабочая обменная способность для Na-катионитовых фильтров E^Na_раб, г-экв/м³,

, (7)

где α_э- коэффициент эффективности регенерации, учитывающий неполноту регенерации катионита [15]; при удельном расходе соли Д_с=200г/г-экв α_э=0,81;

β- коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по Ca²⁺ и Mg²⁺ вследствие частичного задержания катионов Na⁺ [15];

q_уд- удельный расход воды на отмывку катионита в м³ на 1 м³ катионита (принимается 4-5 м³).

г-экв/м³.

Расчетная скорость фильтрования на Na- катионитовых фильтрах υ^Na_расч, м/ч,

, (8)

Здесь d₈₀- 80%-ный калибр катионитовой загрузки (обычно d₈₀=0,8÷1,2мм);

Ж_у=0,2мг-экв/л - допустимая жесткость умягченной воды;

Т_м- продолжительность межрегенерационного периода;

, (9)

t_взр=0,25 ч (15 мин)- продолжительность взрыхления катионита;

t_рег=0,42 ч (25 мин)- продолжительность регенерации;

t_отм=0,83 ч (50 мин)- продолжительность отмывки.

Тогда

ч,

м/ч.

Объем загрузки Na-катионитовых фильтров W_сул, м³,

, (10)

м³.

Необходимая площадь фильтров f_Na, м²,

м². (11)

Принимаем два рабочих Na - катионитовых фильтра диаметром 1,0 м и f=0,79м². При H-Na - катионитовом умягчении воды резервного

Na - катионитового фильтра не предусматривают, что учитывают возможность использования в таком качестве резервного Н - катионитового фильтра. Суммарная площадь рабочих Na-катионитовых фильтров составляет . Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме , а при выключении одного фильтра на регенерацию . Объем загрузки Na - катионитового фильтра

.

Расчет устройств для хранения, приготовления и перекачки раствора серной кислоты.

Расход 100% - ной серной кислоты на регенерацию одного Н-катионитового фильтра Р_рег, кг,

, (12)

где Д_Н - удельный расход серной кислоты на регенерацию 1 м³ Н-катионита, равный 90г/г-экв.

В данном случае:

кг.

Регенерация Н - катионитовых фильтров производится 1-1,5%-ным раствором серной кислоты. Поэтому объем бака для регенерационного раствора этой кислоты q_K, м³,

. (13)

м³.

Принимаем два таких бака, оборудованных устройствами для барботирования раствора сжатым воздухом. Размеры баков: диаметр 1,55 м, высота 2,5 м.

Общий расход 100%-ной серной кислоты на регенерацию трех фильтров при двух фильтроциклах в сутки (141,77Ì3Ì2):1000=0,85т.

Емкость цистерн для хранения концентрированной серной кислоты W_ц, м³,

 (14)

где m - число дней, на которое предусматривается запас кислоты (принимаем 30 дней);

b - концентрация кислоты, равная 100%;

γ - удельный вес 100%-ной кислоты, равный 1,83т/м³.

Тогда

 м³.

При 75-100%-ной концентрации H₂SO₄ аппаратура и трубопроводы должны быть выполнены из стали; при концентрации H₂SO₄ менее 75% необходимо применение кислостойких материалов.

Принимаем бак емкостью 9,18 м³ (диаметр 3 м и длина 1,3 м).

Слив и перемещение серной кислоты из железнодорожной цистерны в стационарную происходит под вакуумом, который создает вакуум- насос или эжектор. Кислота поступает в мерник, а затем эжектором подается в

Н - катионитовые фильтры.

Отношение объема воды, поступающей в эжектор, к объему засасываемой кислоты регулирует расходомер; расход кислоты устанавливают по понижению ее уровня в мернике при помощи водомерного стекла.

Полезная емкость бака- мерника для концентрированной серной кислоты W_м, м³,

. (15)

Для данного случая

Принимаем бак-мерник диаметром 180 мм и высотой 410 мм.

Емкость бака, W_б.в., м³, с водой для взрыхления сульфоугля в

Н -катионитовом фильтре определяем с учетом возможности последовательного взрыхления катионита в двух фильтрах, W_б.в., м³.Тогда

, (16)

где w_взр - интенсивность взрыхления катионита, равная 4 л/секÌм²;

t_взр - продолжительность взрыхления, равная 15 мин.

В данном случае

 м³.

Принимаем бак размерами (2,5×2,5×2) м.

Расчет устройств для мокрого хранения соли, приготовления раствора соли и его перекачки.

Расход соли на одну регенерацию Na - катионитового фильтра G_c, кг,

. (17)

В данном случае

 кг.

Для соли, как правило, применяют склады мокрого хранения. Склады сухого хранения допускаются только при суточном расходе соли менее 0,5 т, при этом слой соли не должен превышать 2 м.

Емкость резервуаров для мокрого хранения соли, W_P.C., м³, должна приниматься из расчета 1,5 м³ на 1 т соли. При m - дневном запасе это составит

. (18)

Тогда в нашем случае при m= 25 дней, Q^Na_полезн=Q_Na и концентрации насыщенного раствора соли b=26%

 м³.

Принимаем два резервуара размерами (2×3×3) м .

Суточный расход соли при двух регенерациях S_c=q_cÌ4=264,798=1059,16 кг.

Необходимая емкость бака для разбавленного раствора соли W_Р.С., м³,

, (19)

где С=8% - концентрация разбавленного раствора соли;

γ=1,0585 - удельный вес 8% - ного раствора соли.

В данном случае

 м³.

Принимаем два бака. Размеры каждого бака: (1,5×2,0×2,0) м.

Для перекачки 8% - ного раствора соли устанавливаем два насоса (рабочий и резервный) производительностью Q_нас, м³/ч,

, (20)

где υ_с - скорость движения раствора соли через катионитовую загрузку, равная 3-5 м/ч;

f - площадь Na - катионитового фильтра, равная 0,79м².

С - концентрация рабочего раствора соли, равная 8% при γ=1,0585;

b_с - концентрация насыщенного раствора соли, равная 26% при γ=1,201.

Тогда

 м³/ч.

Подбираем насос К-8/18.

Емкость бака с водой для взрыхления сульфоугля в Na - катионитовом фильтре принимаем такую же, как и для подобного бака при Н - катионитовых фильтрах, т.е. 12,7 м³.

Определение расхода воды на собственные нужды Н-Na - катионитовой установки.

Этот расход воды слагается из следующих величин:

а) расхода воды на промывку (взрыхление) катионитовой загрузки q_взр, м³ ,

, (21)

 м³.

б) расхода воды на отмывку катионитовой загрузки от продуктов регенерации q_отм, м³,

, (22)

 м³.

в) расхода воды на растворение соли в резервуарах мокрого хранения q_рег, м³,

. (23)

Для данного случая при концентрации раствора b_с=26% (в расчете на одну регенерацию)

 м³.

г) расхода воды на приготовление регенерационного раствора соли (разбавлением 26% - ного раствора соли из резервуаров мокрого хранения до 8% -ной концентрации) q_P.C., м³,

 м³.

д) расхода воды на приготовление регенерационного раствора серной кислоты с концентрацией р_к=1÷1,5% q_К, м³,

, (24)

 м³.

Суточный расход воды на две регенерации двух Na - катионитовых и трех Н - катионитовых фильтров Q_доб, м³,

 м³.

Следовательно, количество добавочной воды Р_доб, %,

%Q_сут. (25)

Для сокращения расхода воды можно первую половину отмывочного расхода сбрасывать в сток, а вторую половину использовать для взрыхления загрузки и приготовления регенерационных расходов.

В данном случае можно сократить расход добавочной воды до величины

 м³, или 15,85%Q_сут.

Расчет дегазатора

Находящиеся в воде ионы СО₃^2-, НСО₃^- и углекислый газ СО₂ связаны углекислотным уравнением. Часть свободной углекислоты, находящаяся в равновесии бикарбонатами, называется равновесной и не вступает в химические реакции. Избыточная свободная (или агрессивная) углекислота в отличие от равновесной весьма активна. Наличие ее в воде вызывает коррозию бетонных сооружений и металлических труб.

Для удаления из воды свободной углекислоты применяют дегазаторы. Наиболее целесообразны пленочные дегазаторы, загруженные насадкой и оборудованные вентиляторами для принудительной подачи воздуха снизу, т.е. в направлении, встречном по отношению к движущейся сверху вниз воде.

Насадкой могут служить либо керамические кольца Рашига размером 25Ì25Ì3 мм, либо деревянные хордовые насадки (бруски) размером 50 Ì13 мм.

Содержание углекислоты в подаваемой на дегазатор воде [СО₂]

, (26)

где [СО₂]_исх - содержание свободной углекислоты в исходной воде в мг/л;

Щ - щелочность исходной воды в мг-экв/л.

В данном случае Щ=4,5мг-экв/л, общее солесодержание в исходной воде 287,20мг/л, величина рН воды 7,39 и расчетная температура 2°С.

По интерполяции найдем значения b и t используя [15]. Имеем b=1,07, t=1,216, тогда

 (27)

 мг/л.

Откуда

 мг/л.

Площадь поперечного сечения дегазатора F_дег, м²,

, (28)

где Р₀- плотность орошения на 1 м² площади дегазатора в м³/ч, равная при насадке колец Рашига 60 м³/ч.

Высота слоя насадки в дегазаторе назначается по [15] в зависимости от содержания СО₂ и от типа насадки.

Для данного случая при насадке из колец Рашига площадь дегазатора F_дег=79,05:60=1,32 м² и его диаметр D_дег=1,5м.

Находим высоту слоя насадки в дегазаторе при содержании [СО₂]_п=225,68мг/л, равную 5,5 м [15].

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу удельного расхода воздуха 20 м³ на 1 м³ воды, подаваемой в дегазатор; в данном случае Q_возд=79,05×20=1581 м³/ч.

Необходимый напор, развиваемый вентилятором, определяется с учетом потери напора в насадке из колец Рашига, которую принимают равной 30мм вод.ст. на 1 м высоты слоя насадки, а также величины прочих потерь напора,, составляющих 30-40мм вод.ст. Суммарная потеря напора Sh=5,5×30+40=205мм вод.ст.

После дегазатора воду собираем в бак чистой воды. Q=1,31 м³/мин. Тогда W=Q×t=1,31×5=6,5 м³. Принимаем размеры бака (1,5×2,2×2,0)м. Далее умягченная вода подается насосами на предприятие.

Перед подочей воды на фильтры вода проходит водоподогреватель ПП 1-53-7-IV, площадь поверхности 76,8 м², диаметр 630 мм, длина 3915 мм, пропускная способность 93 м³/ч.

 

.2 Подбор и расчет оборудования по очистке сточных вод

Сточные воды от первого и второго цехов содержат взвешенные и водорастворимые вещества: краски, следы масел, кальцинированную соду от использования для мойки оборудования.

Взвешенные вещества представляют собой высокодисперсную часть пигментов. Качественный состав стоков не постоянен во времени.

В данном дипломном проекте предлагается очищать стоки во флотаторе- отстойнике, т.к. в сточных водах содержатся взвешенные вещества, которые рекомендуется удалять путем отстаивания, и следы масел и кальцинированной соды.

Флотация получила распространение для очистки производственных сточных вод от жиров, масел, смол, синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ) и других примесей. Сущность флотационной очистки состоит в том, что сточные воды искусственно насыщаются воздухом, на поверхности пузырьков которого адсорбируются частицы загрязнений и всплывают вместе с ними на поверхность воды, откуда удаляются.

Применяется для удаления ВВ, нефтепродуктов, жиров, асбеста, шерсти и др., плотность которых меньше плотности жидкости или близка к ней.

Флотация эффективна после предварительного отстаивания и удаления плавающих и взвешенных веществ. Процесс осуществляется в специальных сооружениях, называемых флотаторами. После флотации СВ могут быть использованы в обороте на ряде операций или направляются на доочистку.

В зависимости от способа диспергирования воздуха различают:

вакуумную флотацию;

напорную флотацию;

механическую (импеллерную) флотацию;

биологическую флотацию;

электрофлотацию.

Флотаторы-отстойники (рисунок 3) представляют собой комбинированные сооружения, состоящие из круглого в плане радиального отстойника с встроенной в него круглой в плане подвесной флотационной камерой. Принцип работы сооружения состоит в следующем. Сточная вода поступает в водораспределитель. Сюда же подается рециркуляционная вода, предварительно насыщенная в напорном баке воздухом. При выходе из распределителя смесь очищаемой и рециркуляционной воды попадает в подвесную флотационную камеру, где находится около 20 мин. При этом частицы легких примесей прилипают к пузырькам воздуха, выделяющимся из рециркулирующей воды, и быстро всплывают на поверхность воды в камере флотации, образуя там пену.

Очищенная вода сливается через зубчатый водослив в радиально расположенные сборные лотки, откуда поступает в кольцевой сборный лоток, размещенный вокруг подвесной камеры флотации, и отводится из него. Для сгребания пены и осадка предусмотрены верхние и нижние донные скребки с приводом.

Из камеры флотации вода перетекает в отстойную камеру, где тяжелая взвесь, содержащаяся в воде, оседает на дно отстойника.

1 - отстойная камера; 2 - водосборный лоток с зубчатым водосливом; 3 - мостик для обслуживания; 4 - трубопровод рециркуляционной воды; 5 - электропривод; 6 - верхние скребки для сбора всплывших загрязнений (пены); 7 - сборный карман для всплывших загрязнений (пены); 8 - кольцевой водосборный лоток; 9 - трубопровод для удаления всплывших загрязнений; 10 - донные скребки; 11 - трубопровод для удаления осадка; 12 - приямок для осадка; 13 - водораспределитель; 14 - трубопровод для подачи воды на очистку; 15 - камера флотации; 16 - трубопровод очищенной воды.

Рисунок 3 - Флотатор - отстойник

Объем флотатора-отстойника W_ф.о., м³,

, (29)

где Q_ч.max - максимальный приток сточных вод, м³/ч;_ф.о. - время пребывания в сооружении, ч.

Время t_ф.о, ч, определяется по формуле

, (30)

где t_ф - время пребывания воды в камере флотации, t_ф = 10...20 мин;

t_o - время пребывания воды в отстойной камере, t_o = 1,5...2 ч.

 ч.

Тогда рассчитаем объем флотатора- отстойника

 м³.

Рабочая высота флотатора - отстойника Н принимается в пределах от 1,5 до 3 м. принимаем рабочую высоту равную 1,5 м.

Принимаем два флотатора отстойника.

Площадь зеркала флотатора-отстойника F_ф.о., м²,

 (31)

 м².

Диаметр флотатора-отстойника D, м,

 (32)

 м.

Объем флотационной камеры W_ф.к., м³,

, (33)

 м³.

Площадь флотационной камеры F_ф.к., м²,

. )

Высота флотационной камеры Н_ф принимается равной 1...1,2 м., принимаем высоту флотационной камеры 1 м, тогда

 м².

Тогда диаметр флотационной камеры D, м,

, (35)

 м.

Принимая высоту нейтрального слоя h_н=0,3 м и высоту борта h_б³0,3 м, определяем строительную высоту флотатора-отстойника Н_стр, м,

, (36)

 м.

Производительность рециркуляционного насоса при подаче воды во флотатор-отстойник насосом принимается Q_р, м³/ч,

, (37)

 м³/ч.

Напор, развиваемый рециркуляционным насосом, рекомендуется принимать Н_р=30÷40 м. Принимаем насос К 45/55.

Объем напорного бака W_б, м³,

, (38)

 м³.

Высота бака Н_б принимается равной 1…1,5 м, а его диаметр D_б, м, определяется по формуле:

, (39)

 м.

Принимаем два рабочих напорных бака диаметром 1 м.

Метод электрокоагуляции может применяться для очистки сточных вод, которые образуются преимущественно в гальванических производствах при химической и электрохимической обработке стали (хромирование, травление, анодирование, электрополировка). Промывочные сточные воды гальванических производств имеют рН=3÷7, содержат шестивалентный хром и ионы тяжелых металлов (железо, медь, никель, цинк, кадмий и др.).

Сточные воды от гальванического цеха обрабатываем в электролизере проточного типа со стальными электродами и вертикальным движением обрабатываемой воды. При электролизе происходит химическое восстановление хромат - и бихромат - ионов двухвалентного железа, переходящими в воду при электролитическом растворении стальных анодов, а также образующейся при этом гидрозакисью железа. Кроме того, ионы тяжелых металлов сорбируются хлопьями гидроокиси хрома и железа.

Технологическая схема установки для очистки сточных вод включает в себя:

резервуар- усреднитель;

бак для приготовления раствора хлористого натрия;

источник постоянного тока;

бак с раствором щелочного реагента;

аппарат для обезвоживания осадка;

отстойник;

электролизер.

Сточные воды от гальванического цеха поступают при опорожнении ванн хромирования и меднения. Концентрация этих компонентов в сточной воде составляет для хрома 1,5 мг/л, для меди 3 мг/л. Резкие колебания расхода и количества загрязнений сточных вод затрудняют их очистку, что увеличивает стоимость очистки. Для усреднения расхода и количества загрязнений сточных вод применяют контактные и проточные усреднители. При небольших расходах и периодическом сбросе воды используют контактные резервуары. Из многокоридорных усреднителей наибольшее распространение получили прямоугольные и круглые. Усреднение в них достигается путем дифференцирования потока, который, поступая в усреднитель, делится на ряд струй, протекающих по коридорам разной длины. В результате в сборном лотке смешиваются струи воды различной концентрации, поступившие в усреднитель в разное время.

Рассчитаем объем бака-усреднителя.

Определяем коэффициент усреднения К,

, (40)

где С_ср - средняя концентрация загрязнений в стоке;

С_доп - допустимая концентрация загрязнений в стоке.

.

Объем усреднителя определяем V, м³,

, (41)

где Q - расход сточных вод, м³/ч;

t_з - длительность залпового сброса.

 м³.

Проектируем прямоугольный усреднитель, состоящий из двух отделений глубиной 1 м. Площадь каждого отделения F, м²,

, (42)

 м².

В плане размеры сооружения принимаем 1,1 × 1,1 м. По ширине каждое отделение делим на два коридора шириной 0,5 м. Для устранения стратификации в коридорах устанавливается по одному барботеру, так как b/H=0,45/1=0,45<2. Расход воздуха составляет м³/ч.

Бак для приготовления раствора хлористого натрия

Для приготовления раствора хлористого натрия используют металлические ящики с двойным дном и стенками, между которыми размещена теплопередающая среда. Согласно патенту [43] в качестве теплопередающей среды используют натриевые соли фосфорной кислоты, а ящик снабжают датчиком температуры теплопередающей среды и реле. Это повышает эффективность процессов растворенного реагента и стабилизации температуры.

Емкость бака W_p, м³, определим по формуле:

, (43)

где Q_час - расход воды, м³/ч;

Д_к - максимальная доза коагулянта в пересчете на безводный продукт, принимаем согласно [2] равной 13,68 г/м³;

b_p - концентрация раствора коагулянта в баке, по [2] принимается равной 5%;

γ - объемный вес раствора коагулянта, принимается равным 1 т/м³ [15];

n - время, на которое заготовляют раствор, принимаем 12ч [15].

м³.

Принимаем два таких бака размерами 1×1×1 м.

Для интенсификации процессов растворения коагулянта и перемешивания раствора предусматривается мешалка. Принимаем отношение диаметра бака к его рабочей высоте d:h=1, т.е. d=h. Тогда диаметр бака d, м,

, (44)

 м.

Скорость вращения горизонтальных лопастей мешалки вокруг вертикальной оси должна быть n=40 об/мин. Длина лопасти от оси вала l_л=0,45×d=0,49 м, а полная ее длина 0,98 м.

Площадь лопастей принята из расчета 0,1-0,2 м² на 1 м³ известкового молока в баке, т.е.

 м².

Таким образом, высота каждой лопасти будет h_л , м,

 м.

Мощность двигателя мешалки N, кВт,

, (45)

где ρ - объемный вес перемешиваемого раствора, равный 1000 кг/м³;

h_л - высота лопасти, равная 0,25 м;

n - скорость вращения мешалки, равная 0,67 об/сек;

d₀ - диаметр окружности, описываемой концом лопасти, принимается равным 1,8 м;

z - количество парных лопастей на валу мешалки, равное 2;

η - коэффициент полезного действия передаточного механизма и редуктора, равный 0,6;

μ - коэффициент сопротивления для учета увеличения сечения струи жидкости, перемещаемой лопастью мешалки, по сравнению с высотой мешалки, при отношении d₀:h_л=0,98:0,25=3,92 найдем μ [15] равное 1,26.

 кВт.

Для хранения коагулянта необходимо устройство склада, расчитанного на 30- суточную наибольшую потребность в реагентах. Площадь склада F_скл

, (46)

где Т - продолжительность хранения коагулянта на складе;

р_с - содержание безводного продукта в коагулянте;

G₀ - объемный вес коагулянта при загрузке навалом;

h_k - допустимая высота слоя коагулянта на складе.

 м².

Конструктивно принимаем склад размерами в плане 1×1 м.

Бак с раствором щелочного реагента

Емкость бака для приготовления известкового молока W_ц, м³,

, (47)

где Q_час - расчетный расход воды;

n - время, на которое заготовляют известковое молоко, принимается равным 6-12 ч[15];

Д_и - доза извести, необходимая для подщелачивания воды, принимаем 3,17 г/м³ [17];

b_и - концентрация известкового молока, принимаем 5% [15];

γ_и - объемный вес известкового молока, принимается равным 1 т/м³.

Тогда

м³.

Принимаем два бака прямоугольной формы в плане с размерами (1×1×1) м. Перемешивание извести с водой осуществляется сжатым воздухом.

Для хранения извести устраиваем склад. Площадь склада определяем по формуле 46:

 м².

Конструктивно принимаем склад размерами в плане 1×1 м

Электролизер

Для повышения эффективности работы электролизера согласно патента [42] в качестве источников ионов используется электрод, выполненный в форме кольца и расположенный у верхней стенки полого катода.

Величину тока I, А, в электрической цепи электролизера определяют по формуле:

, (48)

где q_w - удельный расход электричества, необходимый для удаления из сточных вод 1г иона металла, А·ч/г;

С_en - исходная концентрация удаляемого компонента в сточных водах, г/м³;

q_cur - производительность аппарата м³/ч.

Т.к. суммарная концентрация ионов тяжелых металлов свыше 50% концентрации шестивалентного хрома величину тока увеличиваем в 1,2 раза.

Тогда

 А.

Общую поверхность анодов f_pl, м², найдем по формуле:

, (49)

где i_a - анодная плотность тока, принимается равной 150 А/м², [2].

 м².

Поверхность одного электрода f^"pl, м² ,определим по формуле:

, (50)

где b_pl - ширина электродной пластины, принимается равной 0,3-0,6 м;

h_pl - рабочая высота электродной пластины, принимается равной 0,5-1 м.

 м².

Число анодных пластин N_a, шт, определим по:

, (51)

.

Общее число электродных пластин N_pl, шт, определим по формуле

, (52)

Продолжительность работы электролизера 2 минуты, тогда его рабочий объем W, м³,

, (53)

 м³.

Расход металлического железа для обработки сточных вод Q_Fe, кг/сут определим по формуле:

, (54)

где q_Fe - удельный расход металлического железа;

K_ek - коэффициент использования материала электродов, принимается равным 0,6-0,8.

 кг/сут.

Определим геометрические размеры электрокоагулятора. Ширина электрокоагулятора В, м,

, (55)

где b - ширина электрода;

а - расстояние от последнего электрода до стенки корпуса, а=30 мм=0,03 м.

м.

Высота электрокоагулятора Н, м,

, (56)

где а₁ - расстояние от нижнего конца электрода до дна электрокоагулятора, а₁= 50 мм =0,05 м;

а₂ - расстояние от верхнего конца электрода до верха электрокоагулятора, а₂=20 мм =0,02 м.

м.

Длина электрокоагулятора L, м,

, (57)

где а₃ - расстояние между электродами, а₃=20 мм=0,02 м.

 м.

Тогда общий объем ванны электрокоагулятора W, м³,

 м³. (58)

Отстойник

Рассчитываем тонкослойный отстойник. Расчетная глубина h, м,

, (59)

где h_лр - расстояние между пластинами, h_лр= 0,1 м.

α - угол наклона пластин к горизонту, α=60º.

 м.

Продолжительность осветления t, с,

, (60)

где u₀ - гидравлическая крупность, равная 0,45 мм/с.

Длину тонкослойных блоков l_p, м, определяем по формуле:

, (61)

где к - коэффициент использования, для тонкослойного отстойника с перекресной схемой к=0,8 [17];

υ - проточная скорость в межполочном пространстве, υ=4 мм/с [17].

 м.

Общая длина отстойника L, м,

, (62)

где l₁=1 м, l₂ =0,2 м, l₃ =0,3 м, l₄ =0,2 м - размеры отстойника, принятые по конструктивным и технологическим соображениям.

 м.

Принимаем два отделения отстойника и ширину тонкослойного блока b=0,75 м.

Высота блоков Н_б, м,

, (63)

где к - коэффициент, учитывающий стеснение живого сечения тонкослойных блоков листами полок и конструктивными элементами блоков, к=1,1 [17];

 м.

Высота отстойника Н, м,

, (64)

где h₃=0,2 м, h_м=0,12 м - размеры отстойника, принятые по конструктивным и технологическим соображениям.

 м.

Аппарат для обезвоживания осадка

Для обезвоживания осадка используем фильтр - пресс, который позволяет получить осадок с самой низкой влажностью.

Объем образующегося осадка Q^общ_ос, м³/сут, определим по формуле:

, (65)

, (66)

где С_исх, С_к - исходная и конечная концентрации;

W_ос - влажность осадка;

γ - плотность осадка, γ=1 т/м³.

 м³/ч,

 м³/ч.

 м³/ч, =0,0036 м³/сут.

Общая требуемая площадь фильтрации фильтр-пресса S, м²,

, (67)

где t - продолжительность непрерывной работы, принимаем 15 мин/сут;

q - производительность фильтр-пресса, равная 12 кг/м²×ч [2].

 м².

Число рабочих фильтров n, шт,

, 68)

где S₁ - фильтрующая поверхность одного пресс - фильтра марки ФПАКМ -2,5У, принимаем по [10].

.

Принимаем один рабочий и один резервный фильтр - пресс.

Общее количество уплотненного осадка Q_упл, м³/сут,

, (69)

где В - влажность кека, принимаем по [3].

 м³/сут.

Уплотненный осадок собирается в бункер размерами 0,5×0,55×0,5 м в течение 15 суток, а затем вывозится на полигон.

5. Автоматизация процессов

Проектирование систем водоснабжения в настоящее время осуществляется с внедрением значительного объема автоматизации во все основные сооружения при сокращении штата, а по ряду объектов - и полном снятии дежурного обслуживающего персонала.

Автоматизация очистных сооружений способствует повышению производительности труда и улучшению условий труда, повышению качества очищенной воды и снижению ее стоимости.

Внедрение автоматизации позволяет снизить затраты на текущий ремонт оборудования до 20%, сократить его износ и увеличить срок службы до 30%, резко уменьшить число аварий и ущерб от них.

Современная технология подготовки воды на водоочистных станциях требует широкого внедрения автоматизированного контроля за процессами на всех стадиях ее обработки и оптимального регулирования количества вводимых реагентов. Эти задачи можно успешно решить с использованием ЭВМ, которые должны обрабатывать информацию, поступающую от первичных датчиков, и корректировать работу локальных устройств для оптимизации процесса водоподготовки в целом. Автоматизированные системы управления технологическими процессами создаются при проектировании новых, реконструкции или расширении действующих систем водоснабжения. Системы управления технологическими процессами водоснабжения могут быть двух видов: диспетчерские и автоматизированные. Структуру диспетчерского управления, как правило, предусматривают одноступенчатой, с одним диспетчерским пунктом. Для крупных систем водоснабжения с большим количеством сооружений, располагаемых на разных площадках, или развитых систем с несколькими головными сооружениями, крупными узлами и разветвленной сетью допускается двух- или многоступенчатая структура диспетчерского управления с центральным и местными диспетчерскими пунктами. Необходимость такой структуры следует в каждом случае обосновывать технико-экономическими расчетами. В диспетчерских пунктах предусматривают следующие помещения: диспетчерская для размещения персонала, оборудованная щитами и пультами управления, мнемосхемами и другими средствами отражения информации и средств связи; аппаратная для размещения телемеханики, резервных источников электропитания; комната отдыха персонала; мастерская текущего ремонта аппаратуры. Для размещения специальных технических средств автоматизированной системы управления технологическими процессами дополнительно предусматриваются следующие помещения: машинный зал для ЭВМ, помещение подготовки и хранения данных, помещение для программистов и операторов. В данном дипломном проекте автоматизируется работа котла, установленного в котельной. Измерительные и регулирующие приборы установлены на щите управления котлом котла и непосредственно на самих регулируемых приборах. Система управления котлом включает в себя сам котел, топку, дутьевой вентилятор, паропровод к горелкам, экономайзер, дымосос, питательные магистрали, паровая магистраль и питательные магистрали. На барабане котла измеряется и регулируется давление (ПСг1, П2, ПСг2) и уровень воды (П1). Пуск и остановка котла осуществляется переключателем, установленным на щите котла (ПК). Топка функционирует от мазута или от газа. На щите управления котлом предусмотрен переключатель, которым регулируется рабочий материал топки (ПТ). Задвижки, установленные на трубопроводах мазута и газа, оснащены приводами (8и, 8к). В топке измеряется и регулируется давление (П4, П5, Сг3, Сг4). Газ к запальникам топки подается по трубопроводу с задвижкой, оснащенной приводом (8е), регулирование работы которого вынесен на щит котла. От топки идет дымовая труба, в которой измеряется температура (1в). Пуск и остановку топки также регулируют переключателем, установленным на щите котла (ПФ).

6. Проект производства работ по строительству флотатора-отстойника

Исходными данными для проекта производства работ служат строительные чертежи объекта, сведения о сроках и порядке поставки материалов, о типах рабочих машин и механизмов, о рабочих кадрах по основным профессиям, действующие нормативные документы, инструкции по производству строительно-монтажным работам.

В данном дипломном проекте осуществляется строительство флотатора - отстойника. Следовательно, существующий горизонтальный отстойник необходимо демонтировать.

При возведении флотатора - отстойника выполняется следующий комплекс основных строительно - монтажных работ:

-        подготовительные;

-         земляные;

          бетонные и железобетонные;

          монтаж сборных железобетонных элементов;

          испытание резервуаров.

 

6.1 Определение объемов работ при разработке котлована

Объем при отрывке котлована V_котл, м³,

, (70)

где a - длина строительной площадки;

b - ширина строительной площадки;

h -- глубина котлована.

 м³.

Объем грунта, V_ручн, м³, разработанного вручную, составляет 5% от общего объема грунта и равен:

 м³. (80)

Объем грунта, разработанного механизированным способом, V_мех, м³, определяется по формуле:

, (81)

 м³.

Объем пазух V_пазух, м³, определим по формуле:

 м³. (82)

Объем грунта на вывоз V_вывоз, м³,определяется по:

, (83)

 м³.

 

.2 Выбор одноковшового экскаватора по техническим параметрам

Экскаватор выбирается исходя из радиуса его движения и глубины копания.

Рисунок 3. Схема выемки с односторонним отвалом грунта

Радиус копания экскаватора R, м, определим по формуле:

, (84)

где b - ширина отвала по низу, м;

а - расстояние от котлована до угла отвала, м;

Е - ширина кавальера, м.

Тогда

 м.

Необходимая глубина копания равна 2,6 м. выбираем экскаватор марки ЭО-3323А [23]. Технические характеристики экскаватора приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические характеристики экскаватора ЭО-3323А

Показатели	ЭО-3323
Вместимость ковша,м3	0,65
Максимальная глубина копания,м	4,85
Максимальный радиус копания,м	7,9
Максимальная высота выгрузки,м	6,05
Продолжительность работы цикла, с	16
Двигатель	Д-243Л
Мощность двигателя, кВт(л.с.)	59,6(81)
Транспортирующая скорость, км/ч	20
Масса, кг	13000
Габариты, мм	8100×2500×3180

 

.3 Подбор транспортных средств

Вместимость ковша экскаватора 0,65 м³, наименьшая грузоподъемность автосамосвала составляет 4,5 т [23]. По техническим характеристикам выбираем автомобиль- самосвал марки ЗИЛ-ММ3-4508.

Технические характеристики самосвала приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Технические характеристики самосвала ЗИЛ-ММ3-4508.

Показатели	ЗИЛ-ММ3-4508
Колесная формула	4×2
Грузоподъемность,кг	5500
Снаряженная масса, кг	6090
Двигатель	ЗОЛ-645 диз
Контрольный расход топлива, л/100км	21
Вместимость кузова,м3	3,8
Внутренние размеры платформы, мм	2890×2170×1150
Транспортирующая скорость, км/ч	90
Угол подъема кузова, град	50
Время подъема/опускания кузова, с	15
Колесная база, мм	3800
Дорожный просвет,мм	230
Габариты,мм	6370×2500×2810

Вес грунта, погружаемый одним ковшом, равен произведению емкости ковша на коэффициент 1,75.

Тогда

 м³.

В одну машину может быть погружено  ковшей.

Рассчитаем время погрузки одного самосвала Т_н, мин, по формуле:

, (85)

где 32,4 - нормативная продолжительность цикла экскаватора;

n - количество ковшей;

- перевод из секунд в минуты.

Тогда

 мин.

Время передвижения самосвала Т_пр, мин определяется по формуле:

, (86)

где L - протяженность пробега, км;

- средняя скорость передвижения самосвала, км/ч.

Тогда

 мин.

Количество необходимых самосвалов N, шт, определяется по формуле:

, (87)

где Т_уст.н - установка под погрузку, 0,3мин;

Т_р - продолжительность разгрузки самосвала, 0,83 мин;

Т_уст.р - продолжительность установки самосвала под разгрузку, 0,6 мин;

Т_м - продолжительность технических перерывов, 0,25 мин.

Тогда

водоснабжение флотатор отстойник сточный

.

Принимаем три самосвала.

 

.4 Выбор монтажного крана по техническим характеристикам

Выбор крана определяется весом опускаемого материала и требуемым вылетом стрелы крана.

Требуемый вылет стрелы крана L_кр, м, определяется по формуле:

, (88)

где а - ширина котлована, м;

b - расстояние от края котлована до крана, м;

с - расстояние от колес до оси вращения, м.

Тогда

 м.

Принимаем кран марки КС-3577-3 [23]. Технические характеристики крана приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Технические характеристики крана КС-3577-3.

Показатели	КС-3577-3
Базовое шасси	МАЗ 5337
Грузоподъемность,т	14
Тип стрелы	Телескоп двухсекционный
Вылет стрелы	3,2-13
Максимальная высота подъема	14,5
Длина стрелы,м	8-14
Скорость подъема/опускания груза, м/мин	0,2-20
Максимальная скорость, км/ч	85
Габариты, мм	9850×2500×3650

 

6.5 Выбор машин для планировки и обратной засыпки пазух котлована

Бульдозер применяется для планировки и обратной засыпки пазух котлована из временных отвалов, расположенных на бровке котлована.

Согласно нормативной литературы выбираем бульдозер марки ДЭТ-350 [23]. В таблице 6 приведены технические характеристики данного бульдозера.

Таблица 6 - Технические характеристики бульдозера ДЭТ-350.

Показатели	ДЭТ-350
Тип	Колесный
Базовый трактор	ДЭТ-350
Максимальное тяговое усилие,кН (тс)	400(40,7)
Мощность, кВт (л.с.)	257,4(350,5)
Тип отвала	Неповоротный
Ширина отвала, мм	4250
Высота отвала, мм	1850
Подъем отвала, м	1,22
Заглубление отвала, м	0,44
Масса, кг	44427
Габариты, мм	9440×4250×3900
Угол поперечного переноса, град	10
Заглубление рыхлителя, м	1,48

6.6 Составление календарного плана производства работ

Основное назначение календарного планирования - определение сроков строительства. Разновидностью календарных планов является календарный график производства работ на данном объекте, важнейшими расчетными характеристиками которого являются сроки начала и окончания работ строительства и выполнения отдельных видов работ с назначением исполнителей и механизмов.

Для составления календарного графика необходимо разработать календарный план. Порядок разработки календарного плана следующий:

- составляют перечень работ;

-         определяют объем работ;

-         выбирают методы производства основных работ;

          рассчитывают нормативную трудоемкость и машиноемкость;

-         определяют состав бригад;

          уточняют технологическую последовательность выполнения работ;

-         устанавливают количество смен работы;

- определяют расчетную продолжительность отдельных видов работ;

выявляют возможность совмещения этих работ между собой;

сравнивают полученную на графике продолжительность строительства объекта с нормативной;

- при необходимости график корректируют.

Трудоемкость Т, вычисляется по формуле:

, (88)

где V - объем работ, м³;

Н_вр - норма времени, чел-дн;

,2 - пролжительность рабочей смены, час.

Продолжительность работы П, дни, определяется по формуле:

, (89)

где N - число рабочих, чел;

n - число смен.

Календарный план представлен в таблице 7.

Таблица 7 - Таблица календарного плана

N п/п	обоснование	Наименование работ	Объем работ		Затраты труда чел-дн	Треб. машин	Продолж. работ	Состав бригады
			Ед. изм	Кол-во
1		Подготовительные работы						Рабочие 5 разр- 1 чел 3 разр- 2 чел
2	Е-9-2-29	Демонтаж отстойников	1м3	42,5	5,75	-	2	Монтажники 5раз- 1чел 3раз- 1чел 2раз- 1 чел
3	Е-2-1-13	Разработка котлована экскова-тором	100м3	2,106	0,62	ЭО-3323А	8	Машинист 6раз- 1 чел
4	Е-2-1-13	То же с погрузкой в транспорт	100м3	1,989	0,12	ЭО-3323А	4	Машинист 6раз- 1 чел
5	Е-2-1-13	Транспорти-рование грунта самосвалом	100м3	1,989	0,28	ЗИЛ-ММ3-4508	2	Водители 4раз-3 чел
6	Е-2-1-77	Подчистка дна котлована	1м3	10,53	0,03	-	2	Землекопы 3 раз- 3 чел
7	Е-4-1-34	Установка и разборка дерев. опалубки	1м2	63,6	0,35	-	2	Плотники 4 раз-1 чел 3 разр-1 чел
8	Е-4-3-11	Устройство бетонной подготовки	1м3	6,36	0,06	-	2	Бетонщики 4 разр- 2чел 3 разр- 2 чел 2 разр- 2 чел
9		Схватывание бетона					7
10	Е-9-1-3	Монтаж подводящей трубы	1 п.м.	7	0,18	КС-3577-3	1	Рабочие 5 разр- 1 чел 3 разр- 2 чел
11	Е-9-1-3	Монтаж трубы для отвода осадка	1 п.м.	7	0,18	КС-3577-3	1	Рабочие 5 разр- 1 чел 3 разр- 2 чел
12	Е-4-1-44	Установка и разборка дерев. опалубки под основание	1м2	0,63	-	2	Плотники 4 разр- 1 чел 3 разр- 1 чел
13	Е-4-1-44	Установка и сварка арматурных каркасов	1 сетка	15	1,05	-	1	Арматурщики 4 разр- 1 чел 3 разр- 1 чел
14	Е-4-3-11	Устройство бетонного основания	1м3	70,5	0,51	-	1	Бетонщики 4 разр- 1 чел 3 разр- 2 чел
15		Схватывание бетона					7
16	Е-4-1-34	Устройство внутренней и внешней щитовой опалубки	1м2	187,2	2,17	-	2	Плотники 6 разр- 1 чел 3 разр- 1 чел
17	Е-4-1-44	Установка и сварка арматурных каркасов	1 сетка	20	1,4	-	1	Арматурщики 4 разр-1 чел 3 разр- 3 чел
18	Е-4-3-11	Бетонирование стен	1м3	11,02	0,08	-	2	Бетонщики 4 разр- 2 чел 3 разр- 2 чел
19		Схватывание бетона					7
20	Е-9-1-12	Монтаж оборудования	шт	2	1,3	КС-3577-3	2	Рабочие 5 разр- 1 чел 3 разр- 2 чел
21	Е-9-1-3	Монтаж трубопро-водов	1 п.м.	15	0,39	КС-3577-3	1	Рабочие 5 разр- 1 чел 3 разр- 2 чел
22	Е-2-1-34	Засыпка пазух	1м3	11,7	0,10	ДЭТ-350	1	Машинист 6 разр- 1 чел Рабочие 3 разр- 2 чел
23	Е-9-2-9	Гидравлическое испытание	1м3	165,4	0,59	-	1	Машинист 5 разр-1 чел 3 разр- 1 чел

6.7 Техника безопасности при проведении работ

Перед началом работ каждый рабочий должен пройти инструктаж по технике безопасности.

До начала работ на монтажной площадке следует определить места проходов и проездов, установить опасные зоны, которые надо оградить или оснастить предупредительными знаками, надписями или сигналами.

Монтажники должны работать в специальной одежде, защитных касках и рукавицах. Для спуска в глубокие траншеи и подъёма из них рабочий должен пользоваться лёгкой прочной переносной лестницей.

Монтируемое оборудование на монтажной площадке следует размещать так, чтобы оно не мешало производству работ. Громоздкие узлы и детали необходимо располагать при этом с учётом очерёдности их подачи на монтаж.

В целях безопасности ведения монтажных работ очень важно правильно подобрать монтажный кран. В случае расположения его на откосе необходимо проверить степень его устойчивости. Откос должен быть устойчивым при воздействии небольших нагрузок крана. Зона передвижения стрелы крана не должна накрывать рабочие места монтажников. Перемещение кранов с грузами над рабочими строго запрещается. Рабочая зона крана должна быть ограждена установкой предупредительных щитов.

Строительная площадка должна быть ограждена и иметь достаточное освещение.