Сточные воды транспортных предприятий и их очистка

 

На большинстве производственных предприятий дорожного хозяйства для выполнения технологических операций используется вода. Так, например, только на промывку щебня и песка на АБЗ и ЦБЗ расходуется не менее 1000 м³ воды на 1м³ материала. Значительная часть воды расходуется на приготовление бетонных смесей, производство железобетонных изделий и бытовых нужд обслуживающего персонала производственных предприятий.

После промывки щебня и песка загрязненная вода подвергается очистке и может быть использована для технологических целей. При этом замкнутое водоснабжение позволяет во много раз сократить забор воды из водоемов. Качество воды после очистки должно соответствовать нормативным требованиям. Так, например, в расходуемой очищенной воде, идущей на промыву щебня и песка, концентрация взвешенных частиц не должно превышать 2 г/л [6].

В соответствии с нормативами проектируется система очистки производственного стока. В зависимости от концентрации загрязняющих веществ можно применять также оборудование, используемое для очистки поверхностного стока, или специальные методы и оборудование.

В соответствии с требованиями нормативных документов выпуск сточных вод не разрешается:

· в непроточные водоемы;

· в пруды для промышленного разведения рыбы;

· в замкнутые низины и лощины, подверженные заболачиванию;

· в водоемы и места, предназначенные для отдыха населения.

 

Вопросы о необходимости предварительной очистки стока рассматривается на этапе проектирования производственного предприятия, к разработке которого привлекаются специалисты в области водоснабжения и канализации.

Выбор методов и оборудования для очистки сточных вод осуществляется исходя из количества сточных вод и диапазонов концентрации примесей.

Загрязнение водоемов плохо очищенными сточными водами представляет серьезную угрозу нормальному функционированию экосистем. По данным различных исследований городские сточные воды содержат около 42 % минеральных и 58% органических загрязнителей. Важное место в предохранении гидроресурсов от качественного истощения принадлежит очистным сооружениям [17]. Основные методы очистки сточных вод и обработки осадков:
Механическая очистка

Биологическая очистка

Физико-химический метод

Механическая очистка применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей, и является способом предварительной подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. При механической очистке используются такие виды очистных сооружений, как:

песколовки - сооружения для выделения тяжелых примесей и песка. Время пребывания сточных вод 0,5 - 2 мин;

усреднители - для регулирования состава и расхода сточных вод. Общий объем усреднителей соответствует 4–12 часовому притоку сточных вод;
первичные отстойники - служат для выделения взвешенных частиц (веществ), которые или оседают, или всплывают. Основная масса взвешенных веществ выпадает в осадок в течение 1, 5 часа отстаивания;

нефтеловушки применяют для задержания нефтяных частиц при концентрации их в сточной воде более 100 мг/л. Глубина проточной части 2 м, ширина секции 36 м, отношение длины к глубине 15:20;

гидроциклоны - сооружения, которые используют для очистки сточных вод металлургических комбинатов, заводов по производству керамических изделий, стекла, строительных материалов, содержащих частицы песка, окалины, стекла, керамики и т. д.

При очистке бытовых стоков наилучшие результаты дает биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Биологический метод применяют как в условиях, приближенных к естественным, так и в специальных биоочистных сооружениях. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод:

биофильтры, где применяется загрузочный материал, который образовывает активный ил, как в аэротенке;

биологические пруды глубиной до 1 м, где применяется аэрация (нагнетение воздуха). Общее время пребывания сточных вод составляет несколько суток;
аэротенки – сооружения, где активная биомасса находится во взвешенном состоянии. Время нахождения сточной воды 6 – 12 часов, затем смесь обработанной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник.
Биологический методочистки сточных вод включает в себя также:
- нейтрализацию - данный способ применяется для предупреждения коррозии материалов водоотводящих сетей и очистки сооружений;

- окисление - применяется для обезвреживания токсичных примесей;

- коагуляцию - используют для очистки сточных вод. При этом образуется хлопьевидный осадок солей аммония, железа, магния;

- сорбцию – применение сорбентов (зола, торф, активные глины, коксовая мелочь, активированный уголь и др.) для извлечения ценных растворенных веществ, для утилизации, уничтожения вредных веществ;

- флотацию - применяют для очистки от ПАВ, нефти, нефтепродуктов, масел, волокнистых частиц путем образования в воде газовых пузырьков;

- экстракцию – введение в сточную воду экстрагента для образования экстракта (экстрагент и разбавленное вещество), который отделяется от сточной воды для отделения экстрагируемого вещества, а экстрагент для повторного использования.
Сточные воды от отдельных производств на предприятии объединяются для очистки по преобладающим загрязнителям и объемам: слабо загрязненные воды одного или нескольких видов примесей; циансодержащие стоки; кислые, щелочные стоки; воды, содержащие нефтепродукты. При отсутствии резко выраженных видов загрязнении сточные воды объединяют в один поток. Для этого устанавливают на входе усреднители концентрации примесей [19].

При очистке сточных вод транспортных и дорожных предпри­ятий наибольшее распространение получили процессы процежива­ния, отстаивания, обработки в поле действия центробежных сил, фильтрования. Процеживание реализуют в решетках (вертикаль­ных или наклонных) с шириной пазов 15—20мм. Осадок удаляют вручную или механически, который затем обрабатывается. Обыч­но используют комбинированные решетки-дробилки, которые не только улавливают крупные частицы, но и измельчают их до 10 мм и меньше.

Решетки подразделяют на подвижные и неподвижные; с механической или ручной очисткой; устанавливаемые вертикально или наклонно. Для удобства съема загрязняющих веществ часто решетки устанавливают к горизонту под углом 60 ⁰.

При большом количестве загрязнений устанавливают решетки с механическими граблями. Уловленные на решетках загрязнения измельчают в специальных дробилках и возвращают в поток воды.

Наибольшее распространение на очистных сооружениях получили грабельные механизированные решетки типа МГ.

Для задержания и измельчения загрязнений непосредственно в потоке сточной воды без извлечения их на поверхность применяют решетки – дробилки.

Барабанные сетки используют для непрерывного процеживания сточных вод, содержащих частицы размером 1-3 мм с концентрацией не более 300 мг/л.

Основной частью этих устройств является вращающий барабан, обтянутый сеткой. Размеры ячеек барабанных сеток 0,3 – 0,8 мм. Барабан погружен в воду на глубину 0,6 – 0,85 диаметра и вращается в камере со скоростью 0,1 – 0,5 м/с.

Сточная вода поступает внутрь барабана и процеживается через ситовую поверхность. Задерживаемые примеси смываются с нее промывочной водой под давлением 0,15 – 0,2 МПа и удаляются вместе с ней. Эффективность очистки воды на барабанных ситах 40 – 45 %.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Процесс реализуют в песколовках, отстойниках и жироуловителях.

Песколовки устанавливают на очистных сооружениях для задержания минеральных частиц крупностью свыше 0,2 – 0,25 мм при пропускной способности очистных станций более 100 м³/сут. Наибольшее применение находят песколовки с горизонтальным прямолинейным движением воды, горизонтальные с круговым движением воды.

Число песколовок принимают не менее двух, причем все песколовки или отделения должны быть рабочими. При механизированном сгребании песка кроме рабочих песколовок предусматривают и резервную.

Горизонтальные и аэрируемые песколовки используют при расходах более 10 тыс. м³/сут. Конструктивной разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды. Они имеют круглую форму в плане. Их рекомендуется применять при сравнительно небольших расходах – до 70 тыс. м³/сут.

Вертикальные песколовки велики по размеру и работают неэффективно, поэтому они находят применение в исключительных случаях – при соответствующем обосновании.

Расчет горизонтальных песколовок начинают с определения площади живого сечения одного отделения:

(1.12)

где расход сточных вод, м³ /с;

- скорость движения воды, м/с;

- количество отделений, шт.

 

Длина песколовки определяется по формуле:

(1.13)

где - гидравлическая крупность песка, мм;

к - коэффициент влияния турбулентности на работу песколовок;

- глубина проточной части, м.

 

 

Рисунок 1.6 - Схема горизонтальной песколовки с прямолинейным движением

1 –стенка приямка; 2 –деревянные шиберы для отключения секций; 3 – эжектор для приема воды; 4 – пульпопровод для вывода воды от установки; 5 – напорный водовод.

I – исходный сточный поток воды; II – поток воды после очистки; III – направление самопроизвольного стекания осадка; IV- подача воды для удаления осадка; V – направление вывода осадка от установки.

Горизонтальные отстойники применяют на станциях очистки сточных вод пропускной способностью более 15 тыс. м³ /сут. Они представляют собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на несколько отделений. Сточная жидкость поступает в отстойник с торцевой стороны, с малой скоростью проходит через него, а затем осветленная вода попадает в отводной канал. Наиболее распространены прямоугольные отстойники с иловыми приямками, расположенными в один или два ряда в начале сооружения и имеющими угол наклона стенок 45⁰. Такие отстойники оборудуют скребковыми механизмами, сдвигающими осадок к иловым приямками, откуда он удаляется насосами, гидроэлеваторами, грейферами [19].

Вертикальные отстойники применяют на станциях с пропускной способностью до 20 тыс. м³/сут, располагающихся на плотных грунтах с низким уровнем грунтовых вод. Применяют для очистки производственных и бытовых сточных вод. Отстойники представляют собой круглые, квадратные или прямоугольные в плане резервуары диаметром 4 – 9 м с конусным или пирамидальным днищем, образующим емкость для накопления осадка.

Радиальные отстойники применяют при расходе сточных вод более 20 тыс. м³ / сут. Они представляют собой круглый в плане резервуар малой глубины, в котором поток движется от центра к периферии. Сточные воды поступают в отстойник по центральной трубе, а осветленные отводятся по кольцевому лотку. Осадок сгребается к центру отстойника скребками, подвешенными к ферме. В центре отстойника устраивается приямок для сбора осадка. Удаление осадка осуществляется с помощью насосов.

 

Рисунок 1.7 – Схема двухсекционного пруда – отстойника

1 – коллектор дождевой канализации; 2 – распределительная камера; 3 – подводящий трубопровод; 4 – отсек для задержания маслонефтепродуктов; 5 – секция отстойника; 6 – мусороулавливающая решетка; 7 – полупогружные щиты; 8 – приемник маслонефтепродуктов; 9 – емкость для отстаивания маслонефтепродуктов; 10 – водозаборный колодец; 11 – камера сброса очищенной воды; 12 – подъездная дорога; 13 – разделительная дамба

Радиальные отстойники просты и надежны в эксплуатации, экономичны. Недостатком служит наличие подвижной фермы со скребком.

Первичные радиальные отстойники оборудуют илоскребками, сдвигающими осадок к расположенному в центре иловому приямку, из которого осадок удаляется насосами или под гидростатическим давлением.

Вторичные радиальные отстойники оборудуются вращающимися илососами, позволяющими удалять легкоподвижный осадок под гидростатическим напором из слоя ила.

 

Рисунок 1.8 – Первичный радиальный отстойник

1 – подводящая труба; 2 – полупогружной кожух распределительного устройства; 3 – илоскребки.

Тонкослойные отстойники применяют для эффективного выделения тонкодисперсных примесей. Их малая глубина обеспечивает осветление воды в течение 4-10 мин, что позволяет значительно уменьшать их габариты по сравнению с габаритами отстойников других типов. Они имеют водораспределительную, отстойную, водосборную и осадочную зоны. Отстойная зона разделена по высоте полками с расстоянием между ними до 15 см. Глубина резервуаров 0,2 - 0,3 м. Они просты в исполнении, материалы для их изготовления недефицитны.

 

Рисунок 1.9 – Тонкослойный отстойник Союздорнии

1 - приемная воронка; 2 - камера осветления; 3 - патрубок для слива осветленной воды; 4 - пластины; 5 - бункер для сгущенного осадка; 6 - вибратор; 7 - система автоматизированного контроля за уровнем осадка включением и выключением насоса; 8 - насос

Сущность метода заключается в ламинаризации потока воды, при котором исключается влияние турбулентных потоков. В тонкослойном отстойнике происходит грубодисперсная фильтрация, позволяющая отфильтровывать около 80 % взвешенных частиц.

 

 

Рисунок 1.10 – Тонкослойный отстойник открытого типа с 2-мя камерами осветления и осадкоуплотнения

 

Наиболее распространены горизонтальные нефтеловушки, представляющие собой отстойник, разделенный продольными отсеками на параллельные секции. Сточная вода из распределительной камеры по самостоятельным трубопроводам попадает через щелевую перегородку в каждую секцию нефтеловушки. Освобожденная от нефти вода в конце секции проходит под затопленной нефтеудерживающей стенкой, через водослив переливается в отводящий лоток и далее в трубопровод. Осадок, выпадающий на дно, сгребается транспортером к приямку, откуда по илопроводу удаляется через донные клапаны.

Современные очистные установки модели ФЛГ (Флотатор Ламинарный Горизонтальный) предназначены для очистки ливневых нефтесодержащих сточных вод от нефтепродуктов, взвешенных веществ и масел.

Установки используются в системах очистки ливневых сточных вод после первичного отстаивания в качестве основного звена. Для повышения степени очистки используются фильтры тонкой очистки - дополнительный сорбционный фильтр, который загружают поролоном и углетканью. Для повторного использования очищенных дождевых вод применяется ультрафиолетовое обеззараживание.

Установка ФЛГ предназначена для эксплуатации только в закрытых производственных помещениях, температура воздуха в которых исключает замерзание воды в емкостях и трубопроводах. Материал изготовления флотаторов серии ФЛГ — нержавеющая сталь.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осу­ществляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Открытые гидроциклоны применяют для выделения из сточных вод крупных примесей со скоростью осаждения более 0,02 м/с.

 

Впуск сточных вод

 

Решетка

Песколовка

Смеситель

Сушка

Отстойник

Иловая вода

Обезвоживание ила

Песковая площадка

Контактный резервуар

Дробилка

Отходы

песчаная пульпа

Хлораторная

 

 

 

На удобрение Спуск в водоем

 

Рисунок 1.11 - Схема станции с механической очисткой сточных вод

 

Рабочий поток движется в гидроциклоне по винтовой спирали возле стенок аппарата, далее по цилиндрической спирали вверх, где удаляется по сливной насадке. Примеси отделяются за счет действия центробежных сил, поэтому эффективность их высока. Производительность аппаратов от 5 до 280 м³/ч.

Многоярусные гидроциклоны используют для интенсификации процесса очистки. Центрифуги используют реже, поскольку это весьма энергоемкий процесс.

Отстойники с аэрацией (осветлители) применяют для интенсификации процесса первичного отстаивания на станциях биологической очистки при повышенном содержании в сточных водах труднооседающих веществ.

В осветлителях достигается снижение концентрации загрязнений на 70 % по взвешенным частицам за счет совмещения процессов осаждения, хлопьеобразования и фильтрации сточной воды через слой взвешенного осадка.

 

 

Рисунок 1.12 - Сооружение для очистки поверхностных сточных вод (нефте-

ловушка) типа NGP, NGP-S и HSG

 

 

Таблица 1.14

Технические характеристики тонкослойных отстойников

Производительность, м3 /ч
Площадь поверхности, м3 - слива - подачи воды	0,92 0,37	0,56 4,30	6,4 0,8
Вместимость ванны, м3	2,75	5,8
Количество пластин, шт.
Расстояние между пластинами, мм
Угол наклона пластин, град
Вместимость бункера - накопителя, м3	1,9	2,9	-
Габаритные размеры, мм -высота -длина -ширина

 

Нефтеловушки применяют для механической очистки сточных вод от нефтепродуктов, способных к гравитационному отделению (всплыванию) и от осаждающихся твердых механических примесей. Нефтеловушки могут быть горизонтальными, многоярусными и радиальными [19].

На рисунке1.13 представлена нефтеловушка с пескоуловителем.

В первой камере (1) происходит осаждение песка и грязи, которые поступают в сточные воды. После этого стоки, перетекая через перегородку, проходят коалесцентный фильтр и поступают во вторую камеру (2). Коалесцентный фильтр отделяет нефтепродукты, очищая сточную воду до концентрации 5 мг/л. Фильтр позволяет наиболее эффективно отделять нефтепродукты, что позволяет уменьшить габаритные размеры очистной установки. В этой камере также устанавливаются исполнительные механизмы и сигнализация системы автоматической защиты. После второй камеры очищенные до 5 мг/л стоки поступают последовательно на абсорбирующие фильтры. В третьей камере (3) установлен фиброльный фильтр, после которого стоки поступают на угольный фильтр, расположенный в четвертой камере (4). Абсорбирующие фильтры позволяют достичь концентрации нефтепродуктов в воде до 0,05 мг/л.

 

Рисунок 1.13 – Нефтеловушка NGP-S (B) со встроенным пескоуловителем

 

Таблица 1.15