Министерство транспорта рф

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Методы очистки сточных вод

предприятий железнодорожного транспорта

Методические указания по курсу

«Актуальные проблемы современной экологии»

для практических и самостоятельных занятий для студентов дополнительной подготовки по специализации «Эколог в области железнодорожного транспорта»

СОСТАВИТЕЛИ: Трошкина О.А.

Володин П.М.

Самара 2010

УДК 628.16

Методические указания по курсу «Актуальные проблемы современной экологии» для практических и самостоятельных занятий для студентов дополнительной подготовки по специализации «Эколог в области железнодорожного транспорта»Самара: СамГУПС, 2010.- 25 с.

Утверждено на заседании кафедры 04.02.2002 г. Протокол № 5.

Печатается по решению редакционно-издательского совета института.

В методических указаниях изложены методы очистки сточных вод, задачи для практической и самостоятельной работы.

Составители: Трошкина Ольга Александровна

Володин Петр Михайлович

Рецензент: Доцент кафедры БЖД Агеева Н.В.

Редактор:

1. Общие положения

Производственные сточные воды железнодорожных предприятий представляют собой сложные системы, содержащие минеральные и органические вещества, состав и количество которых, как правило, определяется характером технологических процессов. Загрязнения могут находиться в воде в виде взвешенных частиц различного размера (дисперсные системы — взвеси и коллоидные растворы) и в истинно растворенном состоянии. Взвеси характеризуются размером частиц не более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии), а коллоидные растворы - 0,1-0,0001 мкм. В растворах размеры частиц соизмеримы с размерами отдельных молекул или ионов. Взвеси делятся на суспензии — твердая фаза распределена в жидкой и эмульсии — жидкая фаза диспергирована в жидкости.

Очистка сточных вод предприятий железнодорожного транспорта может осуществляться механическими, физико-химическими, химическими, биологическими и другими методами. Взвешенные вещества, плавающие нефтепродукты и т.п. удаляются механическими методами: отстаиванием, фильтрацией, центрифугированием и др. Мелкодисперсные, коллоидно-растворенные и растворенные примеси удаляются физико-химическими способами, которые включают в себя коагуляцию, флотацию, сорбцию, флокуляцию, ионный обмен, ультрафильтрацию, и химическими — озонирование, реагентное воздействие, умягчение и др.

Из-за сложного состава сточных вод при их очистке используются комбинации различных методов. Во всех случаях первой стадией является механическая очистка, способ­ствующая удалению взвешенных частиц.

2. Методы очистки и устройства для их реализации

2.1. Механические методы.

Для удаления взвешенных частиц (твердых и жидких) используют гидромеханические способы очистки, а также фильтрование. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, их свойств, концентрации, расхода сточных вод и необходимой степени очистки. Отстаивание применяется для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей в песколовках, отстойниках, гидроциклонах и осветлителях. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.

2.1.1. Песколовки (щелевые, горизонтальные, вертикальные) применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений. Они устанавливаются перед отстойниками и позволяют выделять минеральные примеси и грубодисперсные частицы, содержащие нефтепродукты. При расходе сточных вод до 100 м³ /ч применяют щелевые песколовки (рис. 1.1), при большом расходе — горизонтальные (рис.1.2) и вертикальные.

Рис.1.1. Песколовка щелевая: Рис.1.2. Песколовка горизонтальная:

1 - колодец железобетонный; 1 - решетка; 2 - пульпопровод;

2 - труба; 3 - лоток с щелью 3 - напорный трубопровод;

4 - гидроэлеватор; 5 - шибер

Горизонтальная песколовка задерживает 15—20% минеральных примесей из сточных вод. Вертикальная песколовка — отстойник из сборного железобетона — по эффективности работы аналогична горизонтальным песколовкам.

2.1.2. Отстойники применяют в качестве первой ступени очистных сооружений для удаления из сточных вод основной массы взвешенных веществ и нефтепродуктов. По направлению движения воды они разделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные (рис. 1.3 а, б, в).

Рис. 1.3. Отстойники:

а) - горизонтальный: 1 - входной лоток; 2 - отстойная камера; 3- выходной лоток;

4 - приямок;

б) - вертикальный; 1 - цилиндрическая часть; 2 - центральная труба; 3 - желоб;

4 - коническая часть;

в) - радиальный; 1 - корпус; 2 - желоб; 3 - распределительное устройство;

4 - успокоительная камера; 5 - скребковый механизм

2.1.3. Для очистки сточных вод от основной массы нефтепродуктов (более 100 мг/л) применяются нефтеловушки преимущественно горизонтального типа (рис. 1.4). Принцип их работы основан на различии в плотности нефтепродуктов и механических примесей. Всплывающую нефть собирают щелевыми поворотными трубами, а твердый осадок удаляют через донный клапан или гидроэжектором. Для обогрева всплывающего слоя нефтепродуктов в зимнее время предусмотрен паровой подогреватель. Эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов в горизонтальных нефтеловушках составляет 60—70%, а в многополочных достигает 98%.

Рис. 1.4. Нефтеловушка: 1 - скребковый механизм; 2 - нефтесборная труба;

3- гидроэлеватор.

2.1.4. Осветлители (отстойники) (рис. 1.5) применяют для очистки сточной воды, содержащей органические загрязнения, путем предварительной ее аэрации, флокуляции и отстаивания с последующей фильтрацией через образующийся слой взвешенного осадка в восходящем потоке. Осадок удаляется в осадко-уплотнитель, а осветленная вода поступает в желоб, из которого направляется на дальнейшую очистку. Эффективность осветления сточных вод, способных к флокуляции, составляет 70%, в то время как в вертикальных отстойниках она не превышает 40%.

2.1.5. Для выделения из сточных вод тонкодисперсных или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднительно, применяют фильтрование через фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры, барабанные сетки) и фильтры с фильтрующим зернистым слоем. Фильтры с зернистым слоем получили большое распространение. Они подразделяются на медленные и скоростные (скорые), открытые и закрытые. Высота слоя в открытых фильтрах равна 1—2 м, в закрытых — 0,5—1 м. Напор воды в закрытых фильтрах создается насосами. Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц. При содержании взвешенных примесей в сточных водах до 25 мг/л принимают скорость фильтрования 0,2 - 0,3 м³ /ч; при 25- 50 мг/л 0,1-0,2 м³ /ч. Достоинством таких фильтров является высокая степень очистки, недостатком — большие размеры, высокая стоимость и сложность удаления осадков.

Рис. 1.5. Блок осветлителя: 1 - осветлитель; 2 - желоб; 3 – осадкоуплотнитель.

2.1.6. Скоростные фильтры (рис. 1.6) могут быть двух типов: однослойные и многослойные. У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из однородного материала, у многослойных — из смеси различных материалов (песок, антрацит и др.). Сточная вода проходит через фильтрующий материал и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят его промывку, подавая промывную воду снизу вверх. Общая высота слоя загрузки составляет 1,5—2,0 м. Скорость фильтрования принимается равной 12—20 м/ч. Для более эффективной очистки фильтров используют водо-воздушную промывку, при которой зернистый слой сначала продувается воздухом для взрыхления, а затем подается вода. Интенсивность подачи воздуха изменяется в пределах от 18 до 22 л (м² /с), а воды - от 6 до 7 л (м² /с).

В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, керамзит, графит, кокс, полимерные материалы. Для нормальной работы фильтра исходное содержание нефтепродуктов в сточной воде не должно превышать 60—80 мг/л, а механических примесей —50 мг/л.

Фильтры позволяют снизить концентрации взвешенных веществ в стоках с железнодорожных предприятий на 80-90%, 70-85% -БПК_полн , нефтепродуктов - до 2 г/м³. Фильтры в климатических зонах с расчетной зимней температурой -25°С размещают в зданиях. Открытые фильтры можно проектировать в районах с расчетной зимней температурой выше -25°С.

Рис. 1.6. Скоростной контактный фильтр: 1 - корпус; 2 - система удаления промывных вод; 3 - система подачи сточных вод; 4 - система подачи промывных вод; 5 - пористый дренаж; 6 - фильтрующий материал.

2.1.7. Для очистки нефтесодержащих сточных вод внедрена промышленная установка «Кристалл» (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Установка «Кристалл» для очистки сточных вод:

1 - приемник сточных вод; 2 - насос; 3 - виброфильтр; 4 - устройство для сбора осадка; 5 - подача сжатого воздуха; 6 - коалесцирующий фильтр; 7 - блоки фильтра доочистки из нетканых материалов; 8 - сборник нефтепродуктов; 9 - сборник очищенной воды; 10 - подача нефтеотходов на сжигание; 11 - насос воды оборотного использования.

На этой установке были испытаны клеевые объемные фильтровальные материалы сипрон и вазопрон, которые показали высокую адсорбционную активность к нефтепродуктам.

2.1.8. Практическое применение находит эффективный фильтрующий материал пенополиуретан (ППУ), 1 дм² которого поглощает 950—980 г нефтепродуктов. Пенополиуретан регенерирует так же, как нетканые материалы; при этом с него удаляется до 95% нефтепродуктов. Применение этого материала позволяет проводить фильтрование со скоростью 15—30 м³ /ч. На основе пенополиуретана разработаны фильтры «Полимер» для очистки сточных вод от масел и нефтепродуктов. Фильтры представляют собой прямоугольные в плане емкости, заполненные измельченным пенополиуретаном (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Фильтр прямоугольный пенополиуретановый с передвижным узлом регенерации: 1 - подающий трубопровод; 2, 3 - распределительная камера с шибером; 4 - водораспределительные окна; 5 - секция фильтра; 6 - пенополиуретановая загрузка; 7 - цепной ковшевой элеватор; 8 - отжимные барабаны; 9 - желоб для отвода отжатых масел; 10 - передвижная тележка; 11,12 - камера с шибером (гидрозатвор); 13 - сетчатое днище; 14 - отводящий трубопровод; 15 - вентиль для опорожнения фильтра.

Сточные воды поступают в верхнюю часть фильтра и равномерно распределяются по всей площади загрузки. Пройдя слой ППУ, стоки освобождаются от масел, нефтепродуктов, взвешенных веществ и по обводному трубопроводу выводятся из фильтра, регенерация которого осуществляется механическим отжимом.

Общая схема очистных сооружений включает песколовки, нефтеловушки и фильтры «Полимер». Работа по такой схеме позволяет получить высокую степень очистки, обеспечивающую возможность использования воды в обороте, а также дает большую экономию средств.

Внедрение фильтров «Полимер» более чем в 20 раз повышает гря-зеемкость кварцевого песка и полистирола, а количество регенерата, образующегося в процессе механического отжатия ППУ, в 30—50 раз меньше количества промывных вод, образующихся при регенерации песчаных и полистироловых фильтров. Производительность такой установки составляет до 600 м³ /ч.

2.1.9. Для механической очистки сточных вод от нефтепродуктов применяются также гидроциклоны и центрифуги. Гидроциклоны рекомендуется применять взамен песколовок или отстойников при недостатке площади для их размещения (около моечных машин для грубой очистки моющего раствора, установок наружной обмывки локомотивов, автомашин и т.п.), а также для концентрирования и отмывки от нефти осадка из отстойных сооружений. В гидроциклонах действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока. При высокой скорости вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести. Из напорных гидроциклонов наибольшее распространение получил аппарат конической формы (рис. 1.9). Сточная вода подается внутрь гидроциклона. При вращении воды под действием центробежной силы внутри гидроциклона образуется ряд потоков.

Рис.1.9. Гидроциклон напорный

Жидкость, войдя в цилиндрическую часть, приобретает вращательное движение и движется около стенок по винтовой спирали вниз к сливу. Часть ее крупными частицами удаляется из гидроциклона. Другая, осветленная часть, поворачивает и движется вверх по оси гидроциклона.

В центре образуется воздушный столб, давление которого меньше атмосферного. Он оказывает влияние на эффективность работы гидроциклонов.

Напорные гидроциклоны применяют для выделения из воды грубодисперсных минеральных примесей Эффект очистки от взвешенных веществ в напорных гидроциклонах для щелочных моющих растворов составляет 40—50%, а для стоков от промывки грузовых вагонов - 30—40%.