Тt,t4 воп

Основа теплогенерирующих систем - котельные установки, которые можно классифицировать:

1. Водогрейные котлы для отопления и горячего водоснабжения.

а) малой производительности до 3 Гкал/ч, работающие под наддувом до 0.7 Кпа с вентилятором без дымососа (ВК, КСВА, НИКА, КБНГ, КВГ и др.)

б) малой производительности до 3 ГКал/ч, с разряжением до 0.1 Кпа. (Факел, НИИСТУ, Универсал, ТГ и др.)

в) средней производительности до 10 ГКал/ч, с разряжением до 0.1 Кпа (КВЖ, ТВТ, ДЕВ)

г) большой производительности до 100 ГКал/ч (ПТВМ, КВГМ)

2. Промышленные котельные по выработке насыщенного или перегретого пара для технологических нужд и систем отопления с производительностью до 75 Г/час (до 50 мВт) типов ДЕ, ДКВР, К, БКЗ, БЭМ, КПЖ, БГМ.

Котельные цеха тепловых электростанций (ТЭС), теплоэлектроцентралей (ТЭЦ

5воп Котельная установка состоит из котла и вспомогательного обо­рудования. Устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделя­емой при сжигании топлива, или теплоты, подводимой от посто­ронних источников (обычно с горячими газами), называют котельными агрегатами. Они делятся соответственно на котлы паро­вые и котлы водогрейные. Котельные агрегаты, использующие (т.е. утилизирующие) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называют котлами-утилизаторами.

В состав котла входят: топка, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, каркас, обмуровка; тепловая изоляция, обшивка.

К вспомогательному оборудованию относятся: тягодутьевые маши­ны, устройства очистки поверхностей нагрева, устройства топливоприготовления и топливоподачи, оборудование шлако- и золоу­даления, золоулавливающие и другие газоочистительные устрой­ства, газовоздухопроводы, трубопроводы воды, пара и топлива, арматура, гарнитура, автоматика, приборы и устройства контроля л защиты, водоподготовительное оборудование и дымовая труба.

К арматуре относят: регулирующие и запорные устройства, предохранительные и водопробные клапаны, манометры и водоуказательные приборы.

В гарнитуру входят: лазы, гляделки, люки, шиберы и заслонки.

Здание, в котором располагаются котлы, называют котельной.

Комплекс устройств, включающий в себя котельный агрегат и вспомогательное оборудование, называют котельной установ­кой. В зависимости от вида сжигаемого топлива и других условий некоторые из указанных элементов вспомогательного оборудования могут отсутствовать.

Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электрических станций, называют энергетическими. Для снабже­ния паром производственных потребителей и отопления зданий в ряде случаев создают специальные производственные и отопительные котельные установки.

В качестве источников теплоты для котельных установок ис­пользуются природные и искусственные топлива (каменный уголь, жидкие и газообразные продукты нефтехимической переработки, природный и доменный газы и др.), отходящие газы промышлен­ных печей и других устройств, солнечная энергия, энергия деле­ния ядер тяжелых элементов (урана, плутония) и т.д. Котельные установки с производительностью свыше 10 Гкал обязательно должны иметь основное и резервное топливо

Технологическая схема котельной установки с барабанным па­ровым котлом, работающим на пылевидном угле, приведена на рис. 3.1. Топливо с угольного склада после дробления подается кон­вейером в бункер сырого угля 1, из которого направляется в систе­му пылеприготовления, имеющую углеразмольную мельницу 2. Пы­левидное топливо с помощью специального вентилятора 3 транс­портируется по трубам в воздушном потоке к горелкам 4 топки.котла 5, находящегося в котельной 14. К горелкам подводится так­же вторичный воздух дутьевым вентилятором 13 (обычно через воздухоподогреватель котла 10). Вода для питания котла подается в его барабан 7 питательным насосом 12 из бака питательной воды ;/ имеющего деаэрационное устройство. Перед подачей воды в барабан она подогревается в водяном экономайзере 9 котла. Испарение воды происходит в трубной системе. Сухой насыщенный пар из барабана поступает в пароперегреватель 8, а затем направляется к потребителю.

Топливно-воздушная смесь, подаваемая горелками в топоч­ную камеру (топку) парового котла, сгорает, образуя высоко­температурный (1500 °С) факел, излучающий тепло на трубы 6 расположенные на внутренней поверхности стен топки. Это –испарительные поверхности нагрева, называемые экранами. От­дав часть теплоты экранам, топочные газы с температурой око­ло 1000 °С проходят через верхнюю часть заднего экрана, трубы которого здесь расположены с большими промежутками (эта часть носит название фестона), и омывают пароперегреватель. Затем продукты сгорания движутся через водяной экономайзер, воздухоподогреватель и покидают котел с температурой, несколь­ко превышающей 100 °С. Уходящие из котла газы очищаются от золы в золоулавливающем устройстве 15 и дымососом 16 выбра­сываются в атмосферу через дымовую трубу 17. Уловленная из дымовых газов пылевидная зола и выпавший в нижнюю часть топки шлак удаляются, как правило, в потоке воды по каналам, а затем образующаяся пульпа откачивается специальными багерными насосами из насосной 18 и удаляется по трубопроводам.

Барабанный котельный агрегат состоит: из топочной камеры и газоходов, барабана, поверхностей нагрева, находящихся под дав­лением рабочей среды (воды, пароводяной смеси, пара), возду­хоподогревателя, соединительных трубопроводов и воздуховодов. Поверхности нагрева, находящиеся под давлением, включают в себя: водяной экономайзер, испарительные

элементы, образован­ные в основном экранами топки и фестоном, и пароперегрева­тель. Все поверхности нагрева котла, в том числе и воздухоподо­греватель, как правило, трубчатые. Лишь некоторые мощные па­ровые котлы имеют воздухоподогреватели иной конструкции. Ис­парительные поверхности подключены к барабану и вместе с опускными трубами, соединяющими барабан с нижними коллек­торами экранов, образуют циркуляционный контур. В барабане про­исходит разделение пара и воды, кроме того, большой запас воды в нем повышает надежность работы котла.

Нижнюю трапециевидную часть топки котельного агрегата (см. рис. 3.1) называют холодной воронкой — в ней охлаждается выпадающий из факела частично спекшийся зольный остаток, ко торый в виде шлака проваливается в специальное приемное устройство.

Газомазутные котлы не имеют холодной воронки. Газоход, в котором расположены водяной экономайзер и воздухопо­догреватель, называют конвективным (конвективная шахта), в нем теплота передается воде и воздуху в основном конвекцией. Повер­хности нагрева, встроенные в этот газоход и называемые хвостовыми позволяют снизить температуру продуктов сгорания от 500.–7ОО°С после пароперегревателя почти до 100 °С, т.е. полнее использовать теплоту сжигаемого топлива.

Вся трубная система и барабан котла поддерживаются карка­сом, состоящим из колонн и поперечных балок. Топка и газоходы защищены от наружных теплопотерь обмуровкой — слоем огне­упорных и изоляционных материалов. С наружной стороны обму­ровки стенки котла имеют газоплотную обшивку стальным лис­том в целях предотвращения присосов в топку избыточного воз­духа и выбивания наружу запыленных горячих продуктов сгора­ния, содержащих токсичные компоненты.

6 Вопрос

Для централизованного теплоснабжения крупных промышленных предприятий, городов и отдельных районов в настоящее время применяются стальные водогрейные кот­лы большой мощности (табл. 3.4).

Таблица 3.4

Основные данные стальных водогрейных котлов серийного производства.

Типоразмер	Расчетнаятеплопроизводительность, МДж/с	Поверхность нагрева, м2	Расчетный расход во-ды, кг/с	Расчетные тем­пературы воды, °С		Перепад давления воды, Мпа	Вид топлива	КПД брутто при расчетной производительно­сти, %
				на входе	на выходе
ТНГ-4	5,0	160	15,0	70	150	—	Газ	90
КВ-ГМ-4	4,65	127	13,8	70	150	0,12	Газ или мазут	90,5 или 86
КВ-ТС-4	4,65	127	13,8	70	150	0,10	Каменные или	82 или 81
							бурые угли
КВ-7М-6.5	7,55	199	22,2	70	150	0,12	Газ или мазут	91 или 87
КВ-ТС-6,5	7,55	199	22,2	70	150	0,11	Каменные или	82
							бурые угли
ТВГ-8М	9,65	292	29	70	150	0,14	Газ	90
КВ-ГМ-10	11,6	295	34,3	70	150	0,15	Газ или мазут	90 или 89
КВ-ТС-10	11,6	277	34,3	70	150	0,11	Каменные или	83 или 81
							бурые угли
КВ-ГМ-20	23,3	513	68,7	70	150	0,23	Газ или мазут	90 или 88
КВ-ТС-20	23,3	489	68,7	70	150	0,15	Каменные или	81 или 79
							бурые угли
КВ-ГМ-30	35	720	103	70	150	0,19	Газ или мазут	90 или 88
птвм-зом	46,5 или 40,7	822	139 или 122	70	150	0,17	То же	91 или 88
КВГМ-50	58	1468	172 или 342	70	150	0,138	То же	92,5 или 91
				ПО	150	0,075	То же
ЗЧМ-60ШМ	70	1491	. 213	70	150	0,17	Каменные или	89 или 87
							бурые угли
КВГМ-100	116	2710	343 или 684	70	150	0,165	Газ или мазут	92,5 или 91
				ПО	150	0,079
ПТВМ-180	210	5979	1022	101	150	0,109	Газ	89

Примечание. Первые значения расходов и температур сетевой воды для котлов КВГМ-50 и КВГМ-100 отно­сятся к их работе в качестве основных, вторые в качестве пиковых источников теплоты. Котел ПТВМ-180 пред­назначен для работы только в пиковом режиме.

Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды заданных параметров главным образом для отопления. Они ра­ботают по прямоточной схеме с постоянным расходом воды. Кон­ечная температура нагрева определяется условиями поддержа­ния стабильной температуры в жилых и рабочих помещениях, обогреваемых отопительными приборами, через которые и циркули­рует вода, нагретая в водогрейном котле. Поэтому при постоян­ной поверхности отопительных приборов температуру воды, попадаемой в них, повышают при снижении температуры окружа­ющей среды. Обычно воду тепловой сети в котлах подогревают от 70—104 до 150… 170°С. В последнее время имеется тенденция к повышению температуры подогрева воды до 180…200 «С.

Во избежание конденсации водяных паров из уходящих газов и данной с этим наружной коррозии поверхностей нагрева температура воды на входе в агрегат должна быть выше точки росы для продуктов сгорания.

В этом случае температура стенок труб в месте ввода воды также будет не ниже точки росы. Поэтому тем­пература воды на входе не должна быть ниже 60 °С при работе наприродном газе, 70 °С при работе на малосернистом мазуте и 110 «С при использовании высокосернистого мазута.

Поскольку в теплосети вода может охлаждаться до тем­пературы ниже 60 °С, перед входом в агрегат к ней подмешивается неко­торое количество уже нагретой в кот­ле (прямой) воды через рециркуляцию (см. рис. 3-10).

Рис.3.10.

1. водогрейный котёл

2. рециркуляционный насос

3. вентиль подмеса (регулирование требуемой температуры сетевой воды)

4. сетевой насос

На рис. 6-12 изображен общий вид газомазутного водогрейного котла типа ПТВМ-ЗОМ-4теплопроизводительностью при работе на мазуте 41 МВт (35 Гкал/ч), хорошо зарекомендовавшего себя эксплуатации. Котел имеет П-образную компоновку и оборудован шестью газомазутными горелками (по три на каждой боковой стене) с мазутными форсунками механического распыливания. Топочная камера котла полностью экранирована трубами диамет­ром 60 мм. Конвективная поверхность нагрева выполнена из горизонтальных U-образных труб диаметром 28 мм. Стены конвектив­ной шахты также экранированы. Облегченная обмуровка котла крепится непосредственно на трубы, опирающиеся в свою оче­редь на каркасную раму. Котлы этого типа, предназначенные для работы на мазуте, оборудуются дробеочистительной установкой.

Воздух на все горелки подается от одного вентилятора с двига­телем мощностью 40 кВт. Тяга осуществляется также одним дымо­сосом с электродвигателем мощностью 95 кВт.

На рис. 6.14 показан общий вид водогрейного газомазутного котла типа КВ-ГМ-50теплопроизводительностью 58 МВт (50 Гкал/ч), расчетным расходом воды в основном режиме 618 т/ч, в пиковом режиме 1230 т/ч и температурой уходящих газов в основном режиме 140… 180 «С. КПД котла в основном режиме составляет 91,1… 92,6%.

В местах сбора мазута из мазутохранилищ должна поддерживаться температура мазута марки 40 не менее 60’С, марки 100 не менее 80’C. Тогда мазутные насосы работают в режиме циркуляции. Разогрев резервуаров, в которых осуществляется “холодное” хранение мазута, должен осуществляться за двое суток до ввода его в эксплуатацию.

“Холодное” хранение производится при температуре мазута не ниже 10’С.

В системе безопасности водогрейных котлов установлены: предохранительные клапаны – как правило, два, один рабочий, другой контрольный. Но на прямоточных водогрейных котлах при наличии автоматики безопасности они могут не устанавливаться.

В топке устанавливаются такие взрывные предохранительные клапаны, чтобы открывались, как дверцы, но топка не взрывалась.

Циркуляционная схема котла типа ПТВМ-30М-4

1- фронтовой экран топки; 2- боковые экраны топки; 3- боковые экраны конвективной шахты;

4 – конвективные поверхности; 5 – задний экран конвективной части; 6 – задний экран топки.

11 воп

Тепловой пункт (ТП) — комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по типам потребления.^[1]

Назначение

Основными задачами ТП являются:

• Преобразование вида теплоносителя

• Контроль и регулирование параметров теплоносителя

• Распределение теплоносителя по системам теплопотребления

• Отключение систем теплопотребления

• Защита систем теплопотребления от аварийного повышения параметров теплоносителя

• Учет расходов теплоносителя и тепла

Виды тепловых пунктов

ТП различаются по количеству и типу подключенных к ним систем теплопотребления, индивидуальные особенности которых определяют тепловую схему и характеристики оборудования ТП, а также по типу монтажа и особенностям размещения оборудования в помещении ТП. Различают следующие виды ТП^[2]:

• Индивидуальный тепловой пункт (ИТП). Используется для обслуживания одного потребителя (здания или его части). Как правило, располагается в подвальном или техническом помещении здания, однако, в силу особенностей обслуживаемого здания, может быть размещён в отдельно стоящем сооружении.

• Центральный тепловой пункт (ЦТП). Используется для обслуживания группы потребителей (зданий, промышленных объектов). Чаще располагается в отдельностоящем сооружении, но может быть размещен в подвальном или техническом помещении одного из зданий.

• Блочный тепловой пункт (БТП). Изготавливается в заводских условиях и поставляется для монтажа в виде готовых блоков. Может состоять из одного или нескольких блоков. Оборудование блоков монтируется очень компактно, как правило, на одной раме. Обычно используется при необходимости экономии места, в стесненных условиях. По характеру и количеству подключенных потребителей БТП может относиться как к ИТП, так и к ЦТП.

Источники тепла и системы транспорта тепловой энергии

Источником тепла для ТП служат теплогенерирующие предприятия (котельные, теплоэлектроцентрали). ТП соединяется с источниками и потребителями тепла посредством тепловых сетей. Тепловые сети подразделяются на первичныемагистральные теплосети, соединяющие ТП с теплогенерирующими предприятиями, и вторичные (разводящие) теплосети , соединяющие ТП с конечными потребителями. Участок тепловой сети, непосредственно соединяющий ТП и магистральные теплосети, называется тепловым вводом.

Магистральные тепловые сети, как правило, имеют большую протяженность (удаление от источника тепла до 10 км и более). Для строительства магистральных сетей используют стальные трубопроводы диаметром до 1400 мм. В условиях, когда имеется несколько теплогенерирующих предприятий, на магистральных теплопроводах делаются закольцовки, объединяющие их в одну сеть. Это позволяет увеличить надёжность снабжения тепловых пунктов, а, в конечном счёте, потребителей теплом. Например, в городах, в случае аварии на магистрали или местной котельной, теплоснабжение может взять на себя котельная соседнего района. Также, в некоторых случаях, общая сеть даёт возможность распределять нагрузку между теплогенерирующими предприятиями. В качестве теплоносителя в магистральных теплосетях используется специально подготовленная вода. При подготовке в ней нормируются показатели карбонатной жёсткости, содержания кислорода, содержания железа и показатель pH. Неподготовленная для использования в тепловых сетях (в том числе водопроводная, питьевая) вода непригодна для использования в качестве теплоносителя, так как при высоких температурах, вследствие образования отложений и коррозии, будет вызывать повышенный износ трубопроводов и оборудования. Конструкция ТП предотвращает попадание относительно жёсткой водопроводной воды в магистральные теплосети.

Вторичные тепловые сети имеют сравнительно небольшую протяженность (удаление ТП от потребителя до 500 метров) и в городских условиях ограничиваются одним или парой кварталов. Диаметры трубопроводов вторичных сетей, как правило, находятся в пределах от 50 до 150 мм. При строительстве вторичных тепловых сетей могут использоваться как стальные, так и полимерные трубопроводы. Использование полимерных трубопроводов наиболее предпочтительно, особенно для систем горячего водоснабжения, так как жёсткая водопроводная вода в сочетании с повышенной температурой приводит к интенсивной коррозии и преждевременному выходу из строя стальных трубопроводов. В случае с индивидуальным тепловым пунктом вторичные тепловые сети могут отсутствовать.

Источником воды для систем холодного и горячего водоснабжения служат водопроводные сети.

Системы потребления тепловой энергии

В типичном ТП имеются следующие системы снабжения потребителей тепловой энергией:

• Система горячего водоснабжения (ГВС). Предназначена для снабжения потребителей горячей водой^[3]. Различают закрытые и открытые системы горячего водоснабжения. Часто тепло из системы ГВС используется потребителями для частичного отопления помещений, например, ванных комнат, в многоквартирных жилых домах.

• Система отопления. Предназначена для обогрева помещений с целью поддержания в них заданной температуры воздуха^[4]. Различают зависимые и независимые схемы присоединения систем отопления.

• Система вентиляции. Предназначена для обеспечения подогрева поступающего в вентиляционные системы зданий наружного воздуха. Также может использоваться для присоединения зависимых систем отопления потребителей.

• Система холодного водоснабжения. Не относится к системам, потребляющим тепловую энергию, однако присутствует во всех тепловых пунктах, обслуживающих многоэтажные здания. Предназначена для обеспечения необходимого давления в системах водоснабжения потребителей.

Принципиальная схема теплового пункта

Схема ТП зависит, с одной стороны, от особенностей потребителей тепловой энергии, обслуживаемых тепловым пунктом, с другой стороны, от особенностей источника, снабжающего ТП тепловой энергией. Далее, как наиболее распространённый, рассматривается ТП с закрытой системой горячего водоснабжения и независимой схемой присоединения системы отопления.

Принципиальная схема теплового пункта

Теплоноситель, поступающий в ТП по подающему трубопроводу теплового ввода, отдает свое тепло в подогревателях систем ГВС и отопления, а также поступает в систему вентиляции потребителей, после чего возвращается в обратный трубопровод теплового ввода и по магистральным сетям отправляется обратно на теплогенерирующее предприятие для повторного использования. Часть теплоносителя может расходоваться потребителем. Для восполнения потерь в первичных тепловых сетях на котельных и ТЭЦ существуют системы подпитки, источниками теплоносителя для которых являются системы водоподготовки этих предприятий.

Водопроводная вода, поступающая в ТП, проходит через насосы ХВС, после чего часть холодной воды отправляется потребителям, а другая часть нагревается в подогревателе первой ступени ГВС и поступает в циркуляционный контур системы ГВС. В циркуляционном контуре вода при помощи циркуляционных насосов горячего водоснабжения движется по кругу от ТП к потребителям и обратно, а потребители отбирают воду из контура по мере необходимости. При циркуляции по контуру вода постепенно отдает своё тепло и для того, чтобы поддерживать температуру воды на заданном уровне, её постоянно подогревают в подогревателе второй ступени ГВС.

Система отопления также представляет замкнутый контур, по которому теплоноситель движется при помощи циркуляционных насосов отопления от ТП к системе отопления зданий и обратно. По мере эксплуатации возможно возникновение утечек теплоносителя из контура системы отопления. Для восполнения потерь служит система подпитки теплового пункта, использующая в качестве источника теплоносителя первичные тепловые сети.

16 воп

Сточные воды, загрязненные бытовыми и производственными отхо­дами, удаляются с территории населенных мест и промышленных предприятии системами канализации. Содержащиеся в сточных водах орга­нические вещества, попадая в значительных количествах в водоемы или скапливаясь в почвах, быстро загнивают и ухудшают санитарное состоя­ние водоемов и атмосферы, способствуя распространению различных заболеваний. Поэтому вопросы очистки, обезвреживания и утилизации сточных вод являются неотъемлемой частью системы охраны природы в целом, оздоровления окружающей человека среды и обеспечения сани­тарного благоустройства городов и других населенных пунктов.

Под качеством воды понимают совокупность и концентрацию содер­жащихся в ней примесей. К общим показателям загрязненности сточных вод относятся те, которые характеризуют общие свойства воды:

• органолептические — цвет, вид, запах, прозрачность;

• физико-химические—содержание нерастворимых примесей (взвешенные частицы или золи) и концентрация растворенных веществ;

• химическое и биохимическое потребление кислорода (ХПК и БПК соответственно).

Совокупность этих показателей позволяет оценить общее состояние сточных вод и предложить наиболее эффективный способ их очистки.

Кроме того, в сточных водах могут присутствовать химические со­единения, которые и в очень незначительных количествах могут сильно влиять как на качество воды, так и на возможность очистки данного вида стоков. Поэтому необходим детальный анализ состава сточных вод с вы­яснением не только концентрации тех или иных соединений, но и более полным определении качественного или количественного состава загряз­нения.

Целью очистки сточных вод является удаление из них взвешенных и растворимых соединений до уровня концентрации, не превышающего допустимых норм.

В зависимости от загрязнения, уровня его концентрации будет зави­сеть и конкретная схема очистных сооружений. Основные этапы очист­ных сооружений:

1. механическое отстаивание сточных вод и их фильтрация;

2. механико-физические, включающие в себя коагуляцию, нейтрали* зацию сточных вод с последующим их отстаиванием;

3. физико-химические методы обработки сточных вод (ионный об­ мен, сорбция);

4) термические и биологические способы обработки сточных вод.

Главным действующим звеном биохимической очистки являются мик­роорганизмы, которые используют в качестве питательных веществ и источников энергии органические и неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах. Микроорганизмы разрушают эти соеди­нения до диоксида углерода и воды и синтезируют соли азотистой и азот­ной кислот.

К основным достоинствам биохимической очистки относятся: возмож­ность удаления из сточных вод широкого спектра органических соедине­ний; автоматическая настройка системы к изменению состава и концент­рации органических соединений; относительно невысокие эксплуатаци­онные затраты.

В зависимости от видов используемых микроорганизмов очистные сооружения подразделяются на аэробные и анаэробные.

Очистные сооружения — это комплекс инженерных сооружений в системе канализации населенного пункта или промышленного предприя­тия, предназначенный для очистки сточных вод от содержащихся загряз­нений.

Целью очистки сточных вод является их подготовка к повторному ис­пользованию на производстве или к спуску в водоемы.

В универсальную схему очистных сооружений входят сооружения механической, биологической, физико-химической и дополнительной очистки.

В зависимости от степени загрязнения сточных вод схема инженер­ных сооружений может быть упрощена либо за счет отдельных компо­нентов этой схемы, либо за счет их отсутствия в общей схеме.

Схема очистки сточных вод приведена на рис. 18.2 (30.1). На этапе механи­ческой очистки из сточных вод удаляют до 75 % нерастворимых загряз­нений. Это мелкие минеральные примеси, песок, нефтепродукты, жиры и др.

Для удаления нефтепродуктов, жиров и других веществ применяются нефтеловушки, жироловки и флотаторы. Конструктивно эта установка представляет собой резервуар, в котором происходит замедление (гаше­ние скорости) движения сточных вод, особенно их поверхностной части, где и располагаются вышеперечисленные загрязнения. Если предвари­тельно не удалять жиры, нефтепродукты и пр., то они сосредоточиваются на поверхности воды, покрывая их пленкой. Эта пленка в свою очередь затрудняет доступ кислорода, нарушает работу биологических очистных сооружений.

Поверхностная пленка, а вместе с ней и загрязняющие воду компо­ненты удаляются насосами или вакуумными установками. В отдельных случаях для этих целей сточные воды подогревают.

На этом этапе из сточных вод удаляют до 95 и более процентов нефте­продуктов, жиров и пр., которые представляют ценный продукт для даль­нейшего их использования.

Из резервуара-замедлителя сточные воды поступают в здание, где с помощью решеток и сит из них извлекаются крупные и мелкие взвешен­ные частицы, которые потом дробятся и перерабатываются.

Песок и другие мелкие минеральные примеси задерживаются при пропуске сточных вод через песколовки. Применение песколовок обус­ловлено тем, что присутствие песка в отстойниках вместе с органи­ческими примесями затрудняет дальнейшую переработку этих орга­нических примесей. Песколовки представляют собой горизонтальные железобетонные конструкции, в которых песок выпадает нз сточных вод под действием сил тяжести при движении сточных вод в этих кон­струкциях.

Осевший песок перемешается на песковые площадки или бункеры, откуда вывозится и используется для планировки местности, в строитель­стве и для других целей.

После механической очистки сточная вода поступает в первичный отстойник, который служит для выделения из нее взвесей.

Отстойники — это резервуары или бассейны для удаления из сточных вод взвешенных примесей осаждением их под действием силы тяжести. Отстойники бывают вертикальные и горизонтальные. Отстойники очист­ных сооружений оснащаются вспомогательной системой для постоянно­го удаления осадков во избежание их загнивания.

Сырой осадок с первичного отстойника поступает в приемник ила 14. В дальнейшем этот ил разбавляется водой и подвергается сепарации. Вода сепарации с содержащимся в ней активным илом направляется в аэротенки6, 7. Сгущенный осадок сепарации поступает в илонакопители и в дальнейшем используется как удобрение.

В случае необходимости в отстойники подаются биогенные элементы (азот и фосфор), необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов и аммиачная вода для создания определенной кислотности в сточных во­дах.

При концентрации в сточной воде примесей выше предельно допус­тимого ее усредняют биологически очищенной водой.

Биологическая очистка сточных вод — это способ очистки, заключа­ющийся в биологическом разрушении микроорганизмами загрязнений органического происхождения, растворенных и эмульгированных в сточ­ных водах. Микроорганизмы (бактерии) используют эти загрязнения как источник питания и энергии для своей жизнедеятельности. Часть энер­гии идет на процессы синтеза клеточного вещества, т.е. на увеличение массы бактерий (количества активного ила) и биологической пленки в очистных сооружениях.

Период расширения промышленного использования микроорганизмов совпал по времени с периодом пристального внимания человека к эколо­гии и охране окружающей среды.

При рассмотрении связанных с биотехнологией экологических про­блем необходимо учитывать, что основной целью современной биотех­нологии является очистка воды от загрязнений и утилизация всевозмож­ных отходов агропромышленного комплекса.

Несмотря на постоянное совершенствование методов химической очи­стки сточных вод, результаты их далеки от желаемых. Добиться опти­мальных результатов можно только при использовании биологических методов очистки вод. Эти методы очистки основаны на использовании специфических биологических сообществ, носящих общее название ак­тивного ила, для глубокой утилизации как органических, так и неоргани­ческих загрязнений, оставшихся в воде после осуществления всех других возможных вариантов ее очистки.

Активный ил—это совокупность популяций микроорганизмов (биоце­ноз), характеризующихся определенными отношениями как между отдель­ными популяциями внутри биоценоза, так и с окружающей их средой.

Жизнедеятельность активного ила, с одной стороны, тесно связана с комплексом веществ, загрязняющих сточные воды и являющихся пита­тельной средой и источником энергии для одного вида популяций микро­организмов, составляющих активное начало (центр) процесса конверсии (крекинга) загрязняющих воду компонентов. С другой стороны, продук­ты конверсии этой популяции являются питательной средой для других популяций и т.д.

В микробиологии питательные среды микроорганизмов называют суб­стратом, а их промежуточные продукты конверсии метаболитом.

С другой стороны, на жизнедеятельность микроорганизмов и, соот­ветственно, на их популяцию влияет способ потребления кислорода. Одни микроорганизмы (аэробы) способны жить и развиваться только при наличии свободного кислорода, другие (анаэробы) способны жить и разви­ваться при отсутствии свободного кислорода, получая его расщеплением органических и неорганических веществ.

На взаимоотношения микроорганизмов, рост и снижение отдельных популяций активного ила влияют состав сточных вод, его возможные из­менения, продукты конверсии различных популяций, влияние внешней среды (сезонные колебания температура, насыщенность кислородом и т.п.).

Возможно не только тесное сожительство различных популяций мик­роорганизмов (симбиоз) и антагонизм между отдельными группами, но также и взаимодействие их по принципам: аменсализма — когда форма взаимоотношений между микроорганизмами полезна для одного вида, но вредна для другого; комменсализма—сожительство одних популяций за счет других без причинения им вреда.

На формирование ценозов активного ила оказывают сильное влияние сезонные колебания температуры, обеспеченность кислородом, фосфо­ром, азотом и др.

Существенная роль в создании и функционировании активного ила принадлежит простейшим микроорганизмам. Они не принимают непос­редственного участия в потреблении загрязняющих компонентов сточ­ной воды, но регулируют видовой и возрастной состав микроорганизмов в активном иле, поддерживая его на оптимальном уровне: поглощают большое количество бактерии в основном старых ослабленных форм, облегчая появление молодых, биологически активных особей.

Роль всех перечисленных выше параметров формирования активного ила делает процесс достаточно сложным и практически не воспроизво­димым: даже для стоков, имеющих одинаковый состав, но возникающих в разных регионах, невозможно получить одинаковые биоценозы актив­ного ила.

Формирование биоценозов очистных сооружений — процесс доста­точно длительный, протекающий практически независимо от условиипроведения очистки. Заселение очистных сооружений, работающих под открытым небом, происходит постоянно. Микроорганизмы, попавшие в очистные сооружения извне, вступают в конкурентную борьбу за субстрат (питательную среду), при этом выигрывают в первую очередь те формы, которые способны с большей скоростью утилизировать органические соединения сточных вол.

Адаптация активного ила происходит постоянно, возникают новые и новые формы организмов, более активных в утилизации загрязнений сточ­ных вод, вытесняя менее активные старые формы.

В технологическом аспекте для ускорения образования естественных ценозов очистных вод в качестве начальной стадии реализуют активный ил с уже работающих очистных сооружений.

Стадия биологической очистки происходит в аэротенках, хотя частич­ная биологическая очистка начинается уже на предшествующих этапах.

Аэротенки — сооружения для биологической очистки сточных вод, представляющие собой бетонные или железобетонные резервуары, раз­деленные перегородками на ряд коридоров (ширина коридоров 8—10 м, высота 4—5 м, длина до 150 м). В аэротенки подаются сточные воды, активный ил и воздух для снабжения активного ила кислородом и его тщательного перемешивания со сточными водами.

Сточные воды, протекая по аэротенку, очищаются микроорганизмами активного ила от загрязнений. Продолжительность пребывания сточных вод в аэротенках колеблется в пределах б—10 часов в зависимости от степени загрязненности сточных вод, влияния внешних условий, напри­мер, температуры и др.

Конструктивно аэротенки отличаются друг от друга способом пере­мешивания активного ила со сточными водами и воздухом, а также фор­мой течения сточной воды с илом. Именно форма течения жидкости яв­ляется определяющей при выборе конструкций аэротенков.

Различают турбулентную и ламинарную формы течения жидкости.

Ламинарное — это упорядоченное течение жидкости. Сточные воды перемешаются как бы слоями, параллельными направлению течения. Скорость движения жидкости стабильна по всему объему ее движения.

Турбулентное движение (от лат. turbulentus— бурный, беспорядоч­ный) —это такая форма течения жидкости, при которой все ее компонен­ты совершают неупорядоченное движение по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию слоев. Для турбулентного дви­жения характерна неравномерная скорость движения жидкости по всему ее объему, причем наибольшей скорости достигает жидкость у стенок корпуса, снижаясь при перемещении к центру.

В зависимости от гидродинамических режимов движения сточных вод в аэротенках они подразделяются: на аэротенки вытеснения, смешения н сложного типа. Схема этих аэротенков приведена на рис. 18.3(30.2).

Гидродинамические режимы движения сточных вод в аэротенках вли­яют в первую очередь на физиологическое состояние популяций микро­организмов и, следовательно, на скорость и глубину потребления субстра­та, которым являются загрязнения в сточной воде.

В аэротенках-вытеснителях развитие популяции микроорганизмов происходит под влиянием турбулентности движения сточных вод и имеет нестабильный характер. Поступающий активный ил имеет определен­ный исходный состав популяций. Вначале, после контакта со сточной водой, развиваются те формы популяций, которые потребляют наиболее легко усвояемые компоненты загрязнений. Концентрация загрязнений в сточной воде по мере ее продвижения снижается, одновременно в актив­ном иле увеличивается концентрация клеток этой популяции.

Остальные формы микроорганизмов на данной стадии остаются в пассивном или малоактивном состоянии: если и потребляют субстрат, то с меньшей скоростью.

Когда концентрация легкоусвояемых компонентов начинает падать, падает и рост соответствующих популяций микроорганизмов. Возраста­ет активность другой популяции, которая питается метаболитом (продук­том) первой популяции и т.д.

Турбулентное движение сточных вод, их различных слоев приводит к нарушению пропорции различных популяций в активном иле — умень­шению первых видов микроорганизмов и росту следующих, что в конеч­ном счете приводит к снижению активности активного ила в целом и, соответственно, его способности к очистке сточных вод, особенно при возрастании концентрации загрязняющих компонентов в сточной воде.

Нарушение пропорций в активном иле исправляется за счет саморегу­лирования активного ила и увеличения времени нахождения сточных вод в аэротенках либо за счет разбавления сточных вод очищенной водой.

Этих недостатков лишенаэротенк-смеситель, поскольку сточная вода, попадая в аэротенк, практически мгновенно распределяется по всему объему. При этом концентрация загрязнений снижается до стационарных значений. Движение сточных вод становится ближе к ламинарному, чем турбулентному. Соответственно, сохраняются оптимальные пропорции между популяциями микроорганизмов в активном иле.

Наиболее эффективны аэротенки сложного типа, которые аккумули­руют преимущества первых двух аэротенков: высокую эффективность смешения активного ила со сточной водой за счет турбулентности ее дви­жения в первом аэротенке и высокую скорость распространения актив­ного ила во всем объеме второго аэротенка.

Из аэротенков очищенная вода и активный ил подаются во вторичный отстойник, где происходит отделение активного ила от воды. Как прави­ло, в этот отстойник очищенная вода с микроорганизмами подается под давлением в его нижнюю часть. В отстойнике предусмотрено постоянное удаление активного ила.

Дополнительная очистка сточных вод от микроорганизмов осуществ­ляется в открытом канале реагентной обработкой — хлорированием или озонированием.

Конечным этапом очистки сточных вод является буферный пруд, из которого вода поступает либо для повторного использования в техноло­гическом процессе, либо для сброса ее в естественные водоемы.

Часть активного ила (суспензия) поступает в регенератор (эрлифтка-меру). Интенсивная аэрация активного ила кислородовоздушной смесью приводит к расширению его способности конверсировать органические примеси сточных вод, которые трудно утилизируются микроорганизма­ми активного ила без этой регенерации.

Другая часть ила поступает на иловые площади с последующим его использованием в качестве удобрения или для сбраживания в метантен-ках.

Очистка сточной воды биофильтрами.Биофильтр представляет собой круглый или прямоугольный резерву­ар с двойным дном, наполненный пористым заполнителем. В качестве заполнителя используют керамзит, щебень, шлаки и др. Высота фильтру­ющего слоя составляет 1,5—2 м. Крупность фракции заполнителя колеб­лется от 30-50мм в верхнем слое до 60—100 мм нижнего подстилающего слоя. Высота между днищами не менее 0,4 м.

При прохождении сточной воды через заполнители на его поверхнос­ти образуется биологическая пленка из скоплений бактерий, грибков, окис­ляющих и минерализующих органические вещества сточной воды. Схе­ма биофильтра приведена на рис. 18.4 (30.3).

В биофильтрах микроорганизмы находятся в неподвижном состоянии, прикрепляясь к поверхности пористого материала. В верхнем слое филь­трующего слоя накапливаются микроорганизмы, которые способны ути­лизировать органические загрязнения с большой скоростью. При этом группы микроорганизмов образуют совместные популяции, объединен­ные общей оболочкой, закрепленной на пористом носителе. Продукты конверсии (крекинга и синтеза) популяции верхнего слоя биофильтра яв­ляются питающей средой для следующего фильтрующего слоя (популя­ции микроорганизмов) и т.д. В самом нижнем слое, как правило, распо­лагаются простейшие микроорганизмы, питательной средой которых являются омертвленные, оторвавшиеся микроорганизмы верхних слоев биофильтра.

Насыщение кислородом микроорганизмов биофильтра осуществля­ется двояким способом: продувкой воздухом (или кислородовоздушнойсмесью) фильтрующего слоя; насыщением кислородом очищаемой воды путем ее разбрызгивания (фонтанированием).

Преимущество применения биофильтров состоит в том, что форми­рование конкретно га биосинтеза приводит практически к полному унич­тожению органических примесей.

К недостаткам биофильтров относится ограниченность их примене­ния. Ограничивающими факторами являются пропускная способность фильтра и степень загрязнения сточных вод.

Использование сточных вод с высокой степенью загрязнения, значи­тельно превышающей нормативы для данного фильтра, может привести к полному и частичному уничтожению биологической пленки. К анало­гичным результатам может привести и увеличение объемов подаваемой сточной воды.

Сточная вода, подаваемая в биофильтры, как и в случае аэротенков, должна очищаться от взвешенных частиц (особенно песка). В противном случае каналы биофильтров забиваются, происходит их заклинивание и т.п.

Биологическая очистка сточных вод в аэротенках и биофильтрах от­носится к интенсивным методам очистки. В последнее время все боль­шее применение находят аэротенки с элементами биофильтров, значи­тельно повышающих эффективность работы этих аэротенков. С этой це­лью на пути движения сточных вод в аэротенках устанавливаются одно за другим неподвижные устройства, например, в виде ершей. Они не пре­пятствуют движению сточных вод, и на них по принципу и подобию био­фильтров образуются биопленки микроорганизмов, повышающие эффек­тивность работы аэротенков.