Автоматизация очистных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru

Курсовая работа

Автоматизация очистных сооружений

автоматический загрязнение сточный



Введение

Под автоматизацией понимается осуществление производственных процессов без непосредственного участия человека. Автоматизация управления производственными процессами может быть частичной, если автоматизированы только отдельные операции, отдельные машины и агрегаты, участвующие в производственном процессе. Основным вопросом, рассматриваемым в этом случае, является задача автоматического регулирования производственным процессом.

Более высокой степенью автоматизации является комплексная автоматизация. При этом виде автоматизации технологическими процессами участок, цех, завод выполняют свои функции без непосредственного участия человека в процессе управления ими. При комплексной автоматизации производства автоматами выполняются как простые, так и сложные функции управления, связанные с непроходимостью принятия тех или иных самостоятельных решений.

Кроме двух ранее перечисленных видов автоматизации существует еще и третий - полная автоматизация. Автоматическим регулированием называется поддержание постоянства или изменение по какому-либо заданному закону величины, характеризующей производственный процесс, осуществляемое путем изменения состояния объекта регулирования или действующих на него возмущений и действия на регулирующий орган объекта.

Современная теория автоматического регулирования является основной частью теории управления. Система автоматического регулирования состоит из регулируемого объекта и элементов управления, которые воздействуют на объект при изменении одной или нескольких регулируемых переменных. Под влиянием входных сигналов (управления или возмущения), изменяются регулируемые переменные. Цель же регулирования заключается в формировании таких законов, при которых выходные регулируемые переменные мало отличались бы от требуемых значений. Решение данной задачи во многих случаях осложняется наличием случайных возмущений (помех). При этом необходимо выбирать такой закон регулирования, при котором сигналы управления проходили бы через систему с малыми искажениями, а сигналы шума практически не пропускались.

Теория автоматического регулирования прошла значительный путь своего развития. На начальном этапе были созданы методы анализа устойчивости, качества и точности регулирования непрерывных линейных систем. Затем получили развитие методы анализа дискретных и дискретно-непрерывных систем. Можно отметить, что способы расчета непрерывных систем базируются на частотных методах, а расчета дискретных и дискретно-непрерывных - на методах z-преобразования.

Обследование очистных сооружений предполагает изучение проектных данных, технологической схемы и регламента работы очистных сооружений, а также их паспортов; ознакомление с ранее выданным разрешением на сброс очищенных сточных вод; проверку выполнения ранее выданных предписаний по улучшению работы очистных сооружений. Одновременно ведут контроль работы лаборатории, осуществляющей ведомственный контроль за эксплуатацией очистных сооружений. Причем особое внимание обращают на укомплектованность ее квалифицированными кадрами, оснащенность необходимым оборудованием, соблюдение согласованных с органами водоохраны методик, периодичности и объема анализов сточных вод, а также точек и порядка взятия проб, ведение отчетной документации, изучение данных лабораторного анализа сточных вод, поступающих на очистные сооружения, и сравнение их с проектными данными.

1.Особенности очистных сооружений

Очистные сооружения - это комплекс специальных сооружений, предназначенный для очистки сточных вод от содержащихся в них загрязнений. Очищенная вода либо используется в дальнейшем, либо сбрасывается в природные водоёмы (Большая советская энциклопедия). Каждый населенный пункт нуждается в эффективных очистных сооружениях. От работы этих комплексов зависит, какая вода будет попадать в окружающую среду и как это в дальнейшем отразится на экосистеме. Если жидкие отходы не очищать вообще, то погибнут не только растения и животные, но и будет отравлена почва, а вредные бактерии могут попасть в организм человека и вызвать тяжелые последствия.

Каждое предприятие, имеющее токсичные жидкие отходы, обязано заниматься системой очистных сооружений. Таким образом, это отразится на состоянии природы, и улучшит условия жизни человека. Если очистные комплексы будут эффективно работать, то сточные воды станут безвредными при попадании в грунт и водоемы. Размеры очистных сооружений и сложность очистки сильно зависят от загрязнённости сточных вод и их объёмов.

Наиболее показательным в плане наличия этапов очистки воды являются городские или локальные очистные сооружения, рассчитанные на крупные населённые пункты. Именно хозяйственно-бытовые стоки наиболее сложны в очистке, так как содержат разнородные загрязнители.

Для сооружений по очистке воды из канализации характерно то, что они выстраиваются в определенной последовательности. Такой комплекс называется линией очистных сооружений. Схема начинается с механической очистки. Здесь чаще всего используются решетки и песколовки. Это начальный этап всего процесса обработки воды.

Это могут быть остатки бумаги, тряпки, вата, пакеты и другой мусор. После решеток в работу вступают песколовки. Они необходимы для того, чтобы задерживать песок, в том числе и крупных размеров.

Основные этапы очистки сточных вод:

- Механический этап

- Биологический этап.

Доочистка сточных вод:

- Биореакторы глубокой доочистки

- Фильтры доочистки сточных вод

- Обеззараживание воды ультрафиолетом

- Доочистка от фосфатов.

Виды очистных сооружений:

- Городские очистные сооружения

- Локальные очистные сооружения

- Очистные сооружения для частного дома

- Ливневые очистные сооружения.

2.Автоматизация процессов механической очистки сточных вод

К механическим процессам очистки на современных очистных станциях относят процеживание воды через решетки, пескоулавливание и отстаивание. При автоматизации этих процессов осуществляется автоматическое управление электродвигателями грабельных механизмов, илоскребов, насосов и шиберов. При автоматизации решеток основная задача заключается в управлении граблями, дробилками, транспортерами и шиберами на подводящем канале. Автоматическое управление механизмами решеток осуществляется в зависимости от изменения перепада уровней в канале до и после решеток (рис. 103). В качестве прибора, измеряющего перепад уровней, принят дифманометр с электро-контактным устройством. Перепад уровней контролируется путем измерения разности давления продуваемого воздуха в двух трубках, опущенных в воду до и после решетки.



Рисунок 1. Схема автоматического управления механическими граблями по перепаду уровней до и после решеток: 1 - предохранитель; 2 - пускатель электродвигателя; 3 - электродвигатель; 4 - дифманометр; 5 - эжекторы; 6 - механические грабли

При достижении за данной величины перепада контактное устройство включает в работу грабельный агрегат. Выключение грабель осуществляется также контактным устройством или с помощью реле времени через промежуток времени, выбираемый на основе эксплуатационного опыта.



Рисунок 2. Прибор для контроля уровня песка в песколовках

Автоматические устройства в песколовках применяют для распределения и регулирования количества сточных вод, а также для удаления песка при достижении им предельного уровня. Регулирование нагрузки на отдельные песколовки позволяет автоматически поддерживать скорость протока воды через них в заданных пределах с помощью поплавкового уровнемера и электрифицированных шиберов. Устройство настраивается таким образом, что при общем расходе менее заданного шибер обводного канала полностью закрыт, а при расходе, большем заданного, шибер открывается настолько, что в обводной канал сбрасывается весь избыток воды сверх расчетного расхода песколовок.

Автоматизация удаления песка из песколовок производится двумя путями. В первом случае песок удаляется по мере достижения им заданного уровня. Во втором - песок удаляется через определенные промежутки времени, которые, как и время удаления песка, принимаются на основе опыта эксплуатации.

Наибольшее распространение получил первый способ, при реализации которого используется датчик уровня песка. Основой этого прибора является термосигнализатор с навитой на его концевой части нихромовой спиралью, устанавливаемой в песколовке на глубину, равную максимальному уровню песка. При низком уровне вследствие движения воды происходит повышенная теплоотдача и спираль нагревается незначительно. При подъеме уровня до спирали ее нагрев резко возрастает, что вызывает замыкание контактов термосигнализатора, включенных в схему сигнализации или управления.

В первичных отстойниках наиболее важным является автоматизация удаления из них осадка. Простейшее решение этой задачи - выпуск осадка по заданному графику с помощью программного регулятора. Однако точный график откачки в условиях колебания притока сточных вод и количества взвешенных частиц составить очень сложно, поэтому чаще всего автоматическое удаление осадка производят путем измерения его уровня в отстойниках. В схеме измерения уровня используется фотоэлектрический датчик, состоящий из двух металлических корпусов, в одном из которых помещается фотосопротивление, а в другом - лампа подсветки. В зависимости от изменения оптической плотности жидкости между фотосопротивлением и лампой подсветки изменяется значение тока, поступающего в схему автоматики.



Рисунок 3. Автоматический сигнализатор уровня осадка: 1 - крышка; 2 - прокладки; 3 - фоторезистор; 4 - кабель; 5 - чехол; 6 - сальниковый ввод; 7 - хомут; 8 - корпус; 9 - осветительная лампа

Для эффективной работы первичных отстойников и предотвращения выноса взвешенных веществ большое значение имеет поддержание одинаковой нагрузки на каждый отстойник или равномерное распределение между ними переменного общего притока сточных вод на станцию. С этой целью предусматривается автоматическое регулирование открытия шиберов на подводящих к каждому отстойнику каналах. Такое регулирование осуществляется с помощью расходомеров или уровнемеров воды в каналах. При большом числе отстойников на станции предусматривается также использование обегающего устройства для контроля очередности выпуска осадка.



3.Биологические очистные сооружения сточных вод

Биологическая очистка может быть, как самостоятельным очистным сооружением, так и важным этапом в многоступенчатой системе больших городских очистительных комплексов.

Суть биологической очистки заключается в удалении из воды различных загрязнителей (органики, азота, фосфора и пр.) при помощи специальных микроорганизмов (бактерий и простейших). Эти микроорганизмы питаются вредными загрязнениями, содержащимися в воде, тем самым очищая её.

С технической точки зрения биологическая очистка осуществляется в несколько этапов:

1. Аэротенк - прямоугольный резервуар, где вода после механической очистки смешивается с активным илом (специальными микроорганизмами), который и очищает её. Микроорганизмы бывают 2 видов:

Аэробные - использующие кислород для очистки воды. При использовании этих микроорганизмов воду перед попаданием в аэротенк необходимо обогащать кислородом.

Анаэробные - не использующие кислород для очистки воды.

2. Цех очистки воздуха необходим для удаления неприятно пахнущего воздуха с последующей его очисткой. Этот цех необходим, когда объём сточных вод достаточно большой и/или очистные сооружения расположены вблизи населённых пунктов.

3. Вторичные отстойники. Здесь вода очищается от активного ила путём его отстаивания. Микроорганизмы оседают на дно, где при помощи придонного скребка транспортируются к приямку. Для удаления всплывающего ила предусмотрен поверхностный скребковый механизм.

4. Обработка осадка. Схема очистки включает в себя и сбраживание осадка. Из очистных сооружений важен метантенк. Он представляет собой резервуар для сбраживания осадка, который образуется при отстаивании в двухъярусных первичных отстойниках. В ходе процесса сбраживания образуется метан, который можно использовать в других технологических операциях. Образовавшийся ил собирается и вывозится на специальные площадки для тщательного просушивания. Для обезвоживания осадка нашли широкое применение иловые площадки и вакуум-фильтры. После этого он может утилизироваться или использоваться для других нужд. Сбраживание происходит под влиянием активных бактерий, водорослей, кислорода. В схему очистки воды из канализации могут входить и биофильтры.

Оптимальнее всего размещать их до вторичных отстойников, чтобы вещества, которые унеслись с током воды из фильтров, могли осаждаться в отстойниках. Целесообразно для ускорения очистки применять так называемые преаэраторы. Это устройства, которые способствуют насыщению воды кислородом для ускорения аэробных процессов окисления веществ и биологической очистки. Нужно отметить, что очистка воды из канализации условно разделена на 2 этапа: предварительную и заключительную.

Система очистных сооружений вместо полей фильтрации и орошения может включать и биофильтры.

Биофильтры - это устройства, где сточные воды очищаются, проходя через фильтр, содержащий активные бактерии. Он состоит из твердых веществ, в качестве которых может использоваться гранитная крошка, пенополиуретан, пенопласт и другие вещества. На поверхности этих частиц образуется биологическая пленка, состоящая из микроорганизмов. Они разлагают органические вещества. По мере загрязнения биофильтры нужно периодически очищать.

Сточные воды подаются в фильтр дозировано, в противном случае большой напор может погубить полезные бактерии. После биофильтров применяются вторичные отстойники. Ил, образованный в них, поступает частично в аэротенк, а остальная его часть - на илоуплотнители. Выбор того или иного способа биологической очистки и вида очистных сооружений во многом зависит от требуемой степени очистки сточных вод, рельефа, типа грунта и экономических показателей.

Рисунок 4

4. Доочистка сточных вод

После прохождения основных этапов очистки из сточных вод удаляется 90-95% всех загрязнений. Но оставшиеся загрязнители, а также остаточные микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности не позволяют сбрасывать эту воду в природные водоёмы. В связи с этим на очистных сооружениях и были введены различные системы доочистки сточных вод.

В биореакторах происходит процесс окисления следующих загрязнителей:

- органических соединений, которые были «не по зубам» микроорганизмам,

- самих этих микроорганизмов,

- аммонийного азота.

Происходит это путем создания условий для развития автотрофных микроорганизмов, т.е. превращающих неорганические соединения в органические. Для этого используются специальные пластмассовые засыпные диск с высокой удельной площадью поверхности. Проще говоря, эти диск с отверстием в центре. Для ускорения процессов в биореакторе используется интенсивная аэрация.

Фильтры доочистки сточных водФильтры очищают воду при помощи песка. Песок непрерывно обновляется в автоматическом режиме. Фильтрация осуществляется на нескольких установках путём подачи к ним воды снизу-вверх. Для того, чтобы не использовать насосы и не расходовать электричество эти фильтры устанавливают на уровне ниже чем другие системы. Промывка фильтров устроена таким образом, что не требует большого количества воды. Поэтому они занимают не такую большую площадь.

Дезинфекция или обеззараживание воды - важная составляющая, которая обеспечивает безопасность ее для водоема, в который она будет сброшена. Дезинфекция, то есть уничтожение микроорганизмов, является заключительным этапом очищения стоков канализации. Для обеззараживания могут применяться самые разнообразные способы: ультрафиолетовое облучение, действие переменного тока, ультразвук, гамма-облучение, хлорирование.

УФО - очень эффективный способ, с помощью которого уничтожается примерно 99% всех микроорганизмов, в том числе бактерий, вирусов, простейших, яиц гельминтов. Он основан на способности разрушать мембрану бактерий. Но этот метод не применяется так широко. Кроме того, его эффективность зависит от мутности воды, содержания в ней взвешенных веществ. И лампы УФО довольно быстро покрываются налётом из минеральных и биологических веществ. Для предотвращения этого предусмотрены специальные излучатели ультразвуковых волн.



Рисунок 5. Дезинфекция или обеззараживание воды с помощью УФО

Наиболее часто используется после очистных сооружений метод хлорирования. Хлорирование бывает разным: двойным, суперхлорированием, с преаммонизацией. Последнее необходимо для предупреждения неприятного запаха. Суперхлорирование предполагает воздействие очень больших доз хлора. Двойное действие заключается в том, что хлорирование осуществляется в 2 этапа. Это более характерно для водоподготовки. Метод хлорирования воды из канализации очень эффективен, кроме того, хлор обладает эффектом последействия, чем не могут похвастаться другие методы очистки. После обеззараживания стоки сливаются в водоем.

Фосфаты - это соли фосфорных кислот. Они широко применяются в синтетических моющих средствах (стиральных порошках, средствах для мытья посуды и пр.). Фосфаты, попадая в водоёмы, приводят к их эвтрофикации, т.е. превращению в болото.

Очистка сточных вод от фосфатов осуществляется путём дозированного добавления специальных коагулянтов в воду перед сооружениями биологической очистки и перед песчаными фильтрами.



5. Вспомогательные помещения очистных сооружений

Аэрация - это активный процесс насыщения воды воздухом, в данном случае путём пропускания пузырьков воздуха через воду. Аэрация используется во многих процессах в очистных сооружениях. Подача воздуха осуществляется одной или несколькими воздуходувками с частотными преобразователями. Специальные датчики кислорода регулируют количество подаваемого воздуха, чтобы его содержание в воде было оптимальным.

Рисунок 6. Аэрация

Утилизация избыточного активного ила (микроорганизмов). На биологическом этапе очистки сточных вод образуется избыточный ил, так как микроорганизмы в аэротенках активно размножаются. Избыточный ил обезвоживается и утилизируется.

Процесс обезвоживания проходит в несколько этапов:

1.В избыточный ил добавляется специальные реагенты, которые приостанавливают деятельность микроорганизмов и способствуют их сгущению

2.В илоуплотнителе ил уплотняется и частично обезвоживается.



Рисунок 7. Обработка осадка

3.На центрифуге ил отжимается и из него удаляются остатки влаги.

4.Поточные осушители при помощи непрерывной циркуляции тёплого воздуха окончательно высушивают ил. Высушенный осадок имеет остаточную влажность 20-30%.

5.Затем ил упаковывается в герметичные контейнеры и утилизируется

6.Вода же, удалённая из ила, отправляется обратно к началу цикла очистки.

К сожалению, очистные сооружения пахнут не самым лучшим образом. Особенно вонючим является этап биологической обработки сточных вод. Поэтому если очистное сооружение находится вблизи населённых пунктов или объём сточных вод велик настолько, что плохо пахнущего воздуха образуется очень много - нужно подумать об очистке не только воды, но и воздуха.

Очистка воздуха, как правило, проходит в 2 этапа:

Первоначально загрязнённый воздух подается в биореакторы, где он соприкасается со специализированной микрофлорой, адаптированной для утилизации органических веществ, содержащихся в воздухе. Именно эти органические вещества являются причиной дурного запаха.

Воздух проходит стадию обеззараживания ультрафиолетом для предотвращения попадания данных микроорганизмов в атмосферу.



Рисунок 8. Цех очистки воздуха

Вся вода, которая выходит из очистных сооружений должна систематически контролироваться в лаборатории. Лаборатория определяет наличие в воде вредных примесей и соответствие их концентрации установленным нормам. В случае превышения того или иного показателя работники очистного сооружения проводят тщательный осмотр соответствующего этапа очистки. И в случае обнаружения неисправности устраняют ее.

Персонал обслуживающий очистное сооружение может достигать нескольких десятков человек. Для их комфортной работы и создаётся административно-бытовой комплекс в него входят:

Мастерские по ремонту оборудования

Лаборатория

Диспетчерская

Кабинеты административно-управленческого персонала (бухгалтерии, кадровой службы, инженерная и пр.)

Кабинет руководителя.

Электроснабжение очистных сооружений выполняется по первой категории надёжности. Так как длительная остановка работы очистных сооружений из-за отсутствия электричества может вызвать выход очистного сооружения из строя.

Для предотвращение аварийных ситуаций электроснабжение очистных сооружений осуществляется из нескольких независимых источников. В отделении трансформаторной подстанции предусматривается ввод силового кабеля от городской системы электроснабжения. А также ввод независимого источника электрического тока, например, от дизельного генератора, на случай аварии в городской электросети.



Заключение

На основании всего вышесказанного можно сделать заключение о том, что схема автоматизации очистных сооружений очень сложна и включает различные этапы очистки сточной воды из канализации. В первую очередь необходимо знать, что данная схема применяется только для бытовых сточных вод. Если же имеют место промышленные стоки, то в этом случае дополнительно включают специальные методы, которые будут направлены на снижение концентрации опасных химических веществ. В нашем случае схема очистки включает следующие основные этапы: механическую, биологическую очистку и обеззараживание (дезинфекцию).

Механическая очистка начинается с применения решеток и песколовок, в которых задерживается крупный мусор (тряпки, бумага, вата). Песколовки нужны для осаждения излишнего песка, особенно крупного. Это имеет большое значение для последующих этапов. После решеток и песколовок схема очистных сооружений воды из канализации включает использование первичных отстойников. В них под силой тяжести оседают взвешенные вещества. Для ускорения этого процесса нередко применяют коагулянты.

После отстойников начинается процесс фильтрации, который осуществляется главным образом в биофильтрах. Механизм действия биофильтра основан на действии бактерий, которые разрушают органические вещества.

Следующий этап - вторичные отстойники. В них ил, который унесло с током жидкости, оседает. После них целесообразно использовать метантенк, в нем сбраживается осадок и вывозится на иловые площадки. Следующий этап - биологическая очистка с помощью аэротенка, полей фильтрации или полей орошения. Заключительный этап - дезинфекция.

Использованная литература

1. Д. Я. Паршин, В. В. Муханов. Автоматизация процессов очистки природных и сточных вод. Д. Я. Паршин, В. В. Муханов. 2008 г. -- 115 стр.

2. Б.Ф.Беленский. Монтаж сборных конструкций очистных сооружений. - Мовска: Стройиздат, 1975. - 222 с.

3. Ю. В. Воронов. Водоотведение и очистка сточных вод. - 2008 г.

4. Гудков А.Г. Проектирование малых очистных сооружений канализации с искусственной биологической очисткой. 2000.

5. Электронный ресурс: https://www.ecovod.ru/blos/?etext=2202.uqxDai-Hk57pXQTVI7YTr7ACEq2hC8gTv_EKQn27iO2yuaEZz16FGFR4g9axoKJMleLpnVsKE79URqUj-TNj1HB3bHFkbWZiaGR4aGtocmQ.22abba805a5c28602ba581d1ca036544c1e58de1&yclid=1458948190924494106 Блочные локальные очистные сооружения «БЛОС» наземного размещения.

6. Электронный ресурс: https://vodproektstroy.ru/ochistnye-sooruzheniya/ Очистные сооружения: что такое очистка сточных вод?

7. Электронный ресурс: https://roseco.net/about/articles/chto-takoe-ochistnyie-sooruzheniya Очистные сооружения.

Размещено на Allbest

...