Разработка технологических мероприятий по водоснабжению и очистке сточных вод в ОАО "Ядринмолоко" в городе Ядрине Чувашской республики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Нижегородский государственный инженерно-экономический институт

Инженерный факультет

Дипломный проект

на тему:

Разработка технологических мероприятий по водоснабжению и очистке сточных вод в ОАО "Ядринмолоко" в городе Ядрине Чувашской республики

Афанасьев Михаил Александрович

Княгинино, 2012 год

Введение

Вопросы охраны окружающей среды в последнее десятилетие выдвинулись в число важнейших, которые необходимо решить человечеству.

Результаты последних исследований, выполненных учеными разных стран, показали, что неразумное использование природных ресурсов, в частности неограниченный сброс отходов, создали опасность необратимых процессов в биосфере, т. е. угрозу самой жизни человека.

Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире на каждого жителя России приходится свыше 30000 м /год воды. Однако в настоящее время из-за загрязнения или засорения около 70 % рек и озер России утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения, в результате около половины населения потребляют загрязненную воду.

Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса и т. д.), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Различают химические, биологические и физические загрязнители.

Химическое загрязнение - наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющее. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным.

При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок, и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит.

Загрязнения поверхностных вод обусловлены различными факторами. К основным из них относятся:

1. сброс в водоемы неочищенных сточных вод;

2. смыв ядохимикатов ливневыми осадками;

3. газодымовыми выбросами;

4. утечки нефти и нефтепродуктов.

Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод - промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др. Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами в зависимости от специфики отраслей промышленности.

Бытовало мнение, что промышленные неочищенные сточные воды можно сбрасывать в воду без всякого ущерба для природы. Объяснялось это значительным разбавлением этих вод, водой водоема, а также способностью водоемов к самоочищению за счет разложения загрязнений естественным путем. Однако способность к самоочищению зависит, прежде всего, от начальной чистоты воды и от количества растворенного в воде кислорода. В настоящее время количество воды в реках и прибрежной зоне морей значительно ухудшилось. Это связано с быстрым развитием городов, промышленности, сельского хозяйства. Присутствие в воде большого числа загрязнений нарушает кислородный баланс водоемов, снижает их способность к самоочищению. В настоящее время приняты следующие контрольные показатели, по которым можно прямо или косвенно судить о степени загрязнения сточных вод:

- БПК5 - биохимическая потребность в кислороде в течение 5 суток;

- ВВ - количество взвешенных веществ, содержащихся в 1 литре воды. Коли - индекс - количество бактерий группы «коли», содержащихся в 1 литре воды.

В нормативных документах указано, что подлежащие очистке и обеззараживанию сточные воды не должны превышать следующих значений, контролируемых показателей, при которых возможен их сброс:

- БПК5, мг/л 50;

- ВВ, мг/л 50.

Коли - индекс шт./л 1000 В связи с участившимися, за последние годы, нарушений промышленными предприятиями, различных экологических законов, нормативов, требований и т.д., по охране водных ресурсов страны. Государство принимает все более жесткие меры контроля и наказания. И ставит перед промышленными предприятиями новые задачи, направленные на сохранение экологической безопасности страны. В частности, устанавливать современные станции по очистке сточных вод, отвечающие всеми принятыми, мировыми и российскими, экологическими нормами и стандартами.

На основании всего вышеизложенного тема дипломного проекта о разработке технологических мероприятий по водоснабжению и очистке сточных вод в ОАО «Ядринмолоко» города Ядрин Чувашской республики является актуальной.

В частности мы предлагаем вместо устаревших очистительных сооружений установить современную станцию по очистке сточных вод очистительного комплекса «Сток-150» и внедрить очистную установку на АЗС одного из с/х предприятий агрохолдинга.

1. Производственная и экономическая характеристика ОАО «Ядринмолоко»

1.1 Производственная характеристика

ОАО «Ядринмолоко» находится по адресу: Россия, Чувашская республика, город Ядрин, улица 50-лет Октября 105. Ядринский район граничить с Моргаушским, Красночетайским, Аликовским районами Чувашской Республики, Воротынским районом Нижегородской области, Горномарийским районом Республики Марий ЭЛ, имеет выход на общероссийскую магистральную трассу М-7 (Волга), Москва-Уфа.

Климат в районе расположения умеренно-континентальный, часто с холодной многоснежной зимой и умеренно жарким летом. От годового количества осадков 70-75% выпадет в теплый период, до 20% осадков выпадает в твердом виде. Перемещение циклонов по северу Европейской территории в большинстве случаев с запада на восток обуславливает преобладание на рассматриваемой территории ветров западной четверти. В 40-45% случаев эти ветры юго-западного и южного направлений. Нормативная глубина промерзания грунта - 1,67 м., максимальная глубина промерзания - 1,75 м.. Средняя температура воздуха +3,6 С, абсолютная максимальная температура воздуха + 37 С, абсолютная минимальная температура воздуха - 40 С. Количество осадков за год 582 мм. Суточный минимум осадков 20 мм. Высота снежного покрова до 60 см.

Акционерное общество «Ядринмолоко» - основано в 1936 году - основные виды выпускаемой продукции - пакетированное молоко, кефир, сметана, ряженка, творог, масло сливочное, топленое, йогурты, творожная масса и т. д.

ОАО «Ядринмолоко» является градообразующим предприятием района. Более 30 наименований качественной молочной и кисломолочной продукции, востребованной широкому вкусу потребителя, выпускается сегодня предприятием. Основной деятельностью ОАО «Ядринмолоко» является переработка молока, закупленного от колхозов, СХПК, фермерских и личных хозяйств, которые расположены на территориях заливных сурских лугов. На территории производственной площади ОАО «Ядринмолоко» располагаются: консервный цех, аммиачная холодильная установка, складские помещения, электрический участок, котельная, очистительные сооружения, автотранспортный цех, участок ремонтно-технологического обслуживания оборудования, мазутное хранилище, автомойка, трансформаторная подстанция, административное здание и другие здания. Оно является градообразующим предприятием. Средняя численность работников составляет 312 человек.

Основным направлением деятельности предприятия является переработка молока. За годы работы предприятие значительно увеличило объем и расширило ассортимент выпускаемой продукции. Кроме сухого молока, масла крестьянского и цельномолочной продукции, освоен выпуск сгущенного молока, твердых сыров. За годы существования, завод претерпел ряд реконструкций связанных с расширением производства и заменой оборудования. Сегодня здесь импортная уникальная техника, прежде всего оборудование для сушки молочных продуктов и вакуумные аппараты.

Первостепенное значение руководство ОАО «Ядринмолоко» придает качеству выпускаемой продукции. Этот показатель всегда в центре внимания. Именно за счет высокого качества продукции ОАО «Ядринмолоко» успешно конкурирует на рынке и пользуется спросом у населения.

Учитывают здесь и потребности покупателей. В связи с этим были приобретены аппараты для мелкой фасовки масла, цельномолочной продукции, а позднее - для сгущенного молока. Много внимания на предприятии уделяется дизайну упаковки, за что не раз были отмечены дипломами на выставках и ярмарках. Неизменно высокое качество продукции и постоянный поиск новых технологических решений, современный дизайн упаковки продукции, позволяют предприятию уверенно расширять рынок сбыта.

ОАО «Ядринмолоко» имеет хорошо развитую автомобильную базу, благодаря которой оперативно поставляется продукция предприятия потребителям. Решаются здесь вопросы материально - технического снабжения хозяйств, сдающих молоко.

1.2 Эффективность хозяйствования организации

Эффективная деятельность организации зависит не только от уровня функционирования материально-технической базы, но и от пропорционального развития всех сфер производства. Эффективность отраслей и производств ОАО характеризуется системой экономических показателей, отражающих уровень и конечные результаты деятельности конкретных сфер.

Рассмотрим состав и динамику активов ОАО «Ядринмолоко».

Из таблицы 1 мы видим, что стоимость основного капитала в 2011 году по сравнению с 2009 годом увеличилась на 180733 тыс. руб. Это произошло в большей степени за счет увеличения запасов на 199805 тыс. руб., в частности за счет увеличения готовой продукции на 106250 тыс. руб. Все остальные показатели так же увеличились в ту или иную степень, что говорит о прекрасном финансовом состоянии нашего предприятия.

Таблица 1. - Состав и динамика основного капитала в ОАО «Ядринмолоко»:

Средства предприятия	2009	2010	2011	Изменение (+,-)
Основные средства	47 962 000	53 493 000	51 396 000	3434000
Нематериальные активы	35 000	63 000	97 000	62000
Незавершенное строительство	8 785 000	8 952 000	8 952 000	167000
Долгосрочные финансовые вложения	2 246 000	187 304 000	220 919 000	218673000
Запасы	116 188 000	187 304 000	220 919 000	199805000
в том числе:
- сырье и материалы	21 114 000	23 512 000	18 933 000	-2181000
-готовая продукция и товары для перепродаж	94 664 000	162 521 000	200 914 000	106250000
-расходы будущих периодов	410 000	1 271 000	1 072 000	662000
НДС по приобретенным ценностям	331 000	227000	1000	-330000
Дебиторская задолженность (менее года)	66 261 000	69 173 000	130 472 000	64211000
Краткосрочные финансовые вложения	367 000	367 000	367 000	-
Денежные средства	4 555 000	73000	13 668 000	9113000
Итого	251 971 000	321 110 000	432 704 000	180733000

Финансовое состояние предприятия, его устойчивость во многом зависят от оптимальности структуры источников предприятия (соотношения собственных и заемных средств) и от оптимальности структуры активов предприятия в первую очередь от соотношения основных и оборотных средств, а так же от уравновешенности активов и пассивов предприятия.

Поэтому вначале необходимо проанализировать структуру источников предприятия и оценить степень финансовой устойчивости и финансового риска.

И так, рассчитаем следующие показатели, приведенные ниже в таблице.

Таблица 2. - Динамика структуры пассивов (обязательств) в ОАО «Ядринмолоко»:

Коэффициент	2009	2010	2011	Изменение
Коэффициент концентрации собственного капитала, %	16,48	13,26	10,01	-6,47
Коэффициент обеспеченности собственными оборотными средствами, %	-12,12	-8,05	-5,23	6,89
Коэффициент маневренности собственных средств, %	-54,78	-48,73	-44,68	10,1
Коэффициент долгосрочного привлечения заемных средств, %	37,38	29,81	28,25	-9,13
Коэффициент соотношения заемных и собственных средств, %	473	581	780	305

По данным таблицы 2, можно сделать вывод, что в 2011 году по сравнению с 2009 годом доля собственного капитала имеет тенденцию к понижению, доля заемного капиталам так же снизилась - на 9,13%, Коэффициент маневренности собственных средств возрос на 10,1%, Коэффициент обеспеченности собственными оборотными средствами возрос на 6,89%, коэффициент соотношения заемных и собственных средств возрос на 305%.Это свидетельствует о том, что финансовая зависимость от внешних инвесторов значительно повысилась.

Таблица 3. - Динамика финансовых результатов хозяйствования в ОАО «Ядринмолоко»:

Показатель	2009	2010	2011	Изменение(+,-)
Выручка всего, тыс.руб.	345 247	651 890	730 721	385474
Себестоимость всего, тыс.руб.	332 853	625 167	691 952	359099
Прибыль всего, тыс.руб.	12 394	26 723	38 769	26375
Рентабельность в целом, %	3,7	4,3	5,6	1,9
Норма прибыли, %	8,14	13,2	15,1	6,96

По данным таблицы 3 можно сделать вывод, что в 2011 году по сравнению с 2009 годом прибыль увеличилась на 26375 тыс. руб. и составляет 38 769 тыс. руб.

Это произошло в большей степени за счет увеличения выручки от реализации продукции на 385474 тыс. руб.

Рентабельность производства увеличилась по сравнению с 2009 годом на 1,9% и составляет в 2011 году 5,6%. Норма прибыли увеличилась на 6, 96% и составляет в 2011 году 15,1%.

2. Методы очистки сточных вод

Для очистки сточных вод от нефтепродуктов применяют:

- механические;

- физико-химические;

- химические;

- биологические методы.

Из механических практическое значение имеют отстаивание, центрифугирование и фильтрование; из физико-механических - флотация, коагуляция и сорбция; из химических - хлорирование и озонирование.

2.1 Механическая очистка

Механическую очистку сточных вод применяют преимущественно как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%.

Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами.

Механическую очистку проводят для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования.

Для задержания крупных загрязнений и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различные решетки и сита. Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, имеющих большую или меньшую плотность по отношению к плотности воды, используют отстаивание. При этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают.

Сооружения, в которых при отстаивании сточных вод выпадают тяжелые частицы, называются песколовками.

Сооружения, в которых при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы, называются в зависимости от всплывающих веществ жироловками, маслоуловителями, нефтяными ловушками и другие.

Фильтрование применяют для задержания более мелких частиц. В фильтрах для этих целей используют фильтровальные материалы в виде тканей (сеток), слоя зернистого материала или химических материалов, имеющих определенную пористость. При прохождении сточных вод через фильтрующий материал на его поверхности или в поровом пространстве задерживается выделенная из сточной воды взвесь. Механическую очистку как самостоятельный метод применяют тогда, когда осветленная вода после этого способа очистки может быть использована в технологических процессах производства или спущена в водоемы без нарушения их экологического состояния. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки сточных вод.

2.1.1 Песколовки

Песколовки предназначены для выделения механических примесей с размером частиц 200-250 мкм. Необходимость предварительного выделения механических примесей (песка, окалины и др.) обуславливается тем, что при отсутствии песколовок эти примеси выделяются в других очистных сооружениях и тем самым усложняют эксплуатацию последних.

Принцип действия песколовки основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидкости.

Песколовки делятся на горизонтальные, в которых жидкость движется в горизонтальном направлении, с прямолинейным или круговым движением воды, вертикальные, в которых жидкость движется вертикально вверх, и песколовки с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды. Последние в зависимости от способа создания винтового движения разделяются на тангенциальные и аэрируемые.

Самые простейшие горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапециидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Песколовки с круговым движением воды изготавливаются в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или отвал. Применяются при расходах до 7000 м³/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки. При очистке песколовок обычно применяют переносный или стационарный гидроэлеватор.

2.1.2 Отстойники

Отстаивание - наиболее простой и часто применяемый способ выделения из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дне отстойника или всплывают на его поверхности.

2.1.2.1 Статические отстойники

Нефтетранспортные предприятия (нефтебазы, нефтеперекачивающие станции) оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные стальные или железобетонные резервуары, которые могут работать в режиме резервуара-накопителя, резервуара-отстойника или буферного резервуара в зависимости от технологической схемы очистки сточных вод.

Исходя из технологического процесса, загрязненные воды нефтебаз и нефтеперекачивающих станций неравномерно поступают на очистные сооружения. Для более равномерной подачи загрязненных вод на очистные сооружения служат буферные резервуары, которые оборудуют водораспределительными и нефтесборными устройствами, трубами для подачи и выпуска сточной воды и нефти, уровнемером, дыхательной аппаратурой и т. д. Так как нефть в воде находится в трех состояниях (легко-, трудноотделимая и растворенная), то попав в буферный резервуар, легко- и частично трудноотделимая нефть всплывает на поверхность воды. В этих резервуарах отделяют до 90-95% легко отделимых нефти. Для этого в схему очистных сооружений устанавливают два и более буферных резервуара, которые работают периодически: заполнение, отстой, выкачка. Объем резервуара выбирают из расчета времени заполнения, выкачки и отстоя, причем время отстоя принимают от 6 до 24 ч. Таким образом, буферные резервуары (резервуары-отстойники) не только сглаживают неравномерность подачи сточных вод на очистные сооружения, но и значительно снижают концентрацию нефти в воде.

Перед откачкой отстоявшейся воды из резервуара сначала отводят всплывшую нефть и выпавший осадок, после чего откачивают осветленную воду. Для удаления осадка на дне резервуара устраивают дренаж из перфорированных труб.

2.1.2.2 Динамические отстойники

Отличительная особенность динамических отстойников заключается в отделении примеси, находящейся в воде, при движении жидкости.

В динамических отстойниках или отстойниках непрерывного действия жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и отстойники подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный (в плане) резервуар с коническим днищем для удобства сбора и откачки осаждающегося осадка. Движение воды в вертикальном отстойнике происходит снизу вверх (для осаждающихся частиц).

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар (в плане) высотой 1,5-4 м, шириной 3-6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне осадок специальными скребками передвигают к приямку, а из него гидроэлеватором, насосами или другими приспособлениями удаляют из отстойника. Всплывшие примеси выводят с помощью скребков и поперечных лотков, установленных на определенном уровне.

В зависимости от улавливаемого продукта горизонтальные отстойники делятся на песколовки, нефтеловушки, мазутоловки, бензоловки, жироловки и т. п.

В радиальных отстойниках круглой формы вода движется от центра к периферии или наоборот. Радиальные отстойники большой производительности, применяемые для очистки сточных вод, имеют диаметр до 100 м и глубину до 5 м.

Радиальные отстойники с центральным впуском сточной воды имеют повышенные скорости впуска, что обуславливает менее эффективное использование значительной части объема отстойника по отношению к радиальным отстойникам с периферийным впуском сточных вод и отбором очищенной воды в центре.

2.1.3 Гидроциклоны

Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводят в гидроциклонах и центрифугах.

Для очистки сточных вод используют напорные и открытые (безнапорные) гидроциклоны.

При вращении жидкости в гидроциклонах на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, силы сопротивления движущегося потока, гравитационные силы и силы инерции.

Силы инерции незначительны и ими можно пренебречь. При высоких скоростях вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести.

2.1.3.1 Напорные гидроциклоны

В напорные гидроциклоны вода подается через тангенциально направленный патрубок в цилиндрическую часть. В гидроциклоне вода, двигаясь по винтовой спирали наружной стенки аппарата, направляется в коническую его часть.

Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к центральной части аппарата.

Поток осветленной воды в центральной части аппарата по трубе выводится из гидроциклона, а тяжелые примеси вдоль конической части перемещаются вниз и выводятся через патрубок шлама.

Промышленность выпускает напорные гидроциклоны нескольких типоразмеров.

Для грубой очистки применяют гидроциклоны больших диаметров. Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70%.

Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат, в котором они работают параллельно.

2.1.3.2 Безнапорные гидроциклоны

Если в предыдущих конструкциях для вращения жидкости в гидроциклоне применяли подачу воды в гидроциклон по патрубку, расположенному по касательной в цилиндрической части, то в данном случае проводят отсос воды из гидроциклона по патрубку, расположенному по касательной внизу конической части гидроциклона. Такое расположение патрубка дает возможность образовывать внутри гидроциклона вращение жидкости, причем поступление воды из водоема происходит в верхней части гидроциклона.

2.1.3.3 Центрифуги

Для удаления осадков из сточных вод могут быть использованы фильтрующие или отстойные центрифуги.

Центробежное фильтрование достигается вращением суспензии в перфорированном барабане, обтянутом сеткой или фильтровальной тканью. Осадок остается на стенках барабана. Его удаляют вручную или ножевым съемом. Такое фильтрование наиболее эффективно, когда надо получать продукт наименьшей влажностью и требуется промывка осадка.

Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными или наклонными; различаются по расположению вала в пространстве; по способу выгрузки осадка из ротора (с ручной, с ножевой, поршневой или центробежной выгрузкой). Они могут быть в герметизированном и негерметизированном исполнении.

2.1.4 Фильтры

Метод фильтрования приобретает все большее значение в связи с повышением требований к качеству очищенной воды. Фильтрование применяют после очистки сточных вод в отстойниках или после биологической очистки.

Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на тканевые или сетчатые, каркасные или намывные, зернистые или мембранные.

Фильтрование через различные сетки и ткани обычно применяют для удаления грубо дисперсных частиц. Более глубокую очистку нефтесодержащей воды можно осуществлять на каркасных фильтрах. Пленочные фильтры очищают воду на молекулярном уровне.

2.1.4.1 Микрофильтры

Микрофильтры представляют собой фильтровальные аппараты, в качестве фильтрующего элемента использующие металлические сетки, ткани и полимерные материалы. Микрофильтры обычно выпускают в виде вращающихся барабанов, на которых неподвижно закреплены или прижаты к барабану фильтрующие материалы. Барабаны выпускают диаметром 1,5-3 м и устанавливают горизонтально. Очищаемая вода поступает внутрь барабана и фильтруется через фильтр наружу. Микрофильтры широко используют для осветления природных вод.

В промышленности применяют микрофильтры различных конструкций. Процесс фильтрации происходит только за счет разности уровней воды внутри и снаружи барабана. Полотно сетки не закреплено, а лишь охватывает барабан в виде бесконечной ленты, натягиваемой с помощью натяжных роликов.

Микросетки изготовляют из различных материалов: капрона, латуни, никеля, нержавеющей стали, фосфористой бронзы, нейлона и др.

2.1.4.2 Каркасные фильтры

Фильтровальные процессы на каркасных фильтрах можно разделить на три большие группы:

- фильтрование через пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит);

- фильтрование через волокнистые и эластичные материалы, обладающие сорбционными свойствами и высокой нефтяная емкостью (нетканые синтетические материалы, пенополиуретан и др.);

- фильтрование через пористые зернистые и волокнистые материалы для укрупнения эмульгированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие фильтры).

Два первых метода близки по основным технологическим принципам, лежащим в основе процесса изъятия нефтепродуктов из воды, и отличаются нефтеемкостью, регенерацией фильтрующей загрузки и конструктивным оформлением.

Третий метод принципиально отличается от рассмотренных. Период фильтроцикла, характерный для первых двух методов, завершает этап «зарядки» коалесцирующего фильтра. До недавнего времени в основном применяли каркасные фильтры с засыпкой из пористых материалов.

В качестве фильтрующего материала используют гравий, песок, дробленый антрацит, кварц, мрамор, керамическую крошку, хворост, древесный уголь, синтетические и полимерные материалы.

Фильтры разделяются по скорости движения воды в них на фильтры с постоянной и переменной скоростью.

При переменной скорости фильтрования (постоянной разности давления до и после фильтра) по мере увеличения объема фильтрата, т. е. продолжительности фильтрования, скорость фильтрования уменьшается.

2.1.4.3 Фильтры с эластичной загрузкой

Технология работы фильтров следующая. Сточная вода по трубопроводу поступает в емкость фильтра, заполненную измельченным пенополиуретаном размером 15-20 мм. Пройдя через слой загрузки, сточные воды освобождаются от нефтепродуктов и механических примесей и через сетчатое днище отводятся по трубопроводу из установки. В процессе фильтрования загрузка насыщается нефтепродуктами и периодически цепным ковшовым элеватором подается на отжимные барабаны для регенерации. Отрегенерированная загрузка вновь поступает в емкость фильтра, а отжатые загрязнения по сборному желобу отводятся в разделочную емкость.

Такие фильтры целесообразно применять после предварительной очистки стоков в песколовках и нефтеловушках. Очищенную воду можно использовать в техническом водоснабжении промышленных предприятий.

Общим недостатком всех рассмотренных фильтров (кроме пенополиуретановых) является то, что в результате их регенерации образуются высоко эмульгированные и весьма стойкие эмульсии, существенно затрудняющие утилизацию выделенных нефтепродуктов.

Кроме вышеупомянутых фильтров, существуют и другие типы:

- открытые - вода, прошедшая через этот фильтр, должна быть прозрачной, а концентрация нефтепродуктов в ней не должна превышать 10-15 мг/л;

- с плавающей загрузкой - в связи с высокой адгезионной способностью по отношению к нефтепродуктам их применяют и для разделения водонефтяных эмульсий;

- коалесцирующие - укрупнение мелких эмульгированных капель нефтепродуктов в более крупные.

2.2 Физико-химическая очистка

К физико-химическим методам очистки сточных вод от нефтепродуктов относят коагуляцию, флотацию и сорбцию.

2.2.1 Коагуляция

Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, то есть частиц размером 1-100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов. В процессах очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксилов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

2.2.2 Флотация

Флотация является сложным физико-химическим процессом, заключающимся в создании комплекса частица-пузырек воздуха или газа, всплывании этого комплекса и удалении образовавшегося пенного слоя. Процесс флотации широко применяют при обогащении полезных ископаемых, а также при очистке сточных вод.

В зависимости от способа получения пузырьков в воде существуют следующие способы флотационной очистки:

- флотация пузырьками, образующимися путем механического дробления воздуха (механическими турбинами-импеллерами, форсунками, с помощью пористых пластин и каскадными методами);

- флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных растворов воздуха в воде (вакуумная, напорная);

- электрофлотация.

Процесс образования комплекса пузырек-частица происходит в три стадии: сближение пузырька воздуха и частицы в жидкой фазе, контакт пузырька с частицей и прилипание пузырька к частице.

Прочность соединения пузырек-частица зависит от размеров пузырька и частицы, физико-химических свойств пузырька, частицы и жидкости, гидродинамических условий и других факторов. Процесс очистки стоков при флотации заключается в следующем: поток жидкости и поток воздуха (мелких пузырьков) в большинстве случаев движутся в одном направлении. Взвешенные частицы загрязнений находятся во всем объеме сточной воды и при совместном движении с пузырьками воздуха происходит агрегирование частицы с воздухом.

Если пузырьки воздуха значительных размеров, то скорости воздушного пузырька и загрязненной частицы различаются так сильно, что частицы не могут закрепиться на поверхности воздушного пузырька. Кроме того, большие воздушные пузырьки при быстром движении сильно перемешивают воду, вызывая разъединение уже соединенных воздушных пузырьков и загрязненных частиц. Поэтому для нормальной работы флотатора во флотационную камеру не допускаются пузырьки более определенного размера.

2.2.2.1 Вакуумная флотация

Вакуумная флотация основана на понижении давления ниже атмосферного в камере флотатора. При этом происходит выделение воздуха, растворенного в воде.

При таком процессе флотации образование пузырьков воздуха происходит в спокойной среде, в результате чего улучшается агрегирование комплексов частица-пузырек и не нарушается их целостность вплоть до достижения ими поверхности жидкости.

2.2.2.2 Напорная флотация

Этот вид очистки сточных вод выполняется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением; выделение пузырьков воздуха соответствующего диаметра и всплытие взвешенных и эмульгированных частиц примесей вместе с пузырьками воздуха. Если флотация проводится без добавления реагентов, то такая флотация относится к физическим способам очистки сточных вод.

2.2.2.3 Импеллерная флотация

Флотаторы импеллерного типа применяют для очистки сточных вод нефтяных предприятий от нефти, нефтепродуктов и жиров. Их также можно использовать для очистки сточных вод других предприятий. Данный способ очистки в промышленности применяют редко из-за его небольшой эффективности, высокой турбулентности потоков во флотационной камере, приводящей к разрушению хлопьевидных частиц, и необходимости применять поверхностно-активные вещества.

2.2.2.4 Флотация с подачей воздуха через пористые материалы

Для получения пузырьков воздуха небольших размеров можно использовать пористые материалы, которые должны иметь достаточное расстояние между отверстиями, чтобы не допустить срастания пузырьков воздуха над поверхностью материала.

На размер пузырька большое влияние оказывает скорость истечения воздуха из отверстия. Для получения микро пузырьков необходима относительно небольшая скорость истечения.

2.2.2.5 Электрофлотация

Сточная жидкость при пропускании через нее постоянного электрического тока насыщается пузырьками водорода, образующегося на катоде. Электрический ток, проходящий через сточную воду, изменяет химический состав жидкости, свойства и состояние нерастворимых примесей. В одних случаях эти изменения положительно влияют на процесс очистки стоков, в других - ими надо управлять, чтобы получить максимальный эффект очистки.

В общем, достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, по сравнению с отстаиванием большая скорость процесса, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90-95%), высокая степень очистки (95-98%), возможность рекуперации удаляемых веществ.

2.2.3 Сорбция

Сорбция - это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, поглощаемое - сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.

В качестве сорбентов применяют различные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость этих углей составляет 60-75%, а удельная площадь поверхности 400-900 м²/г. В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа. Поры по своему размеру подразделяются на три вида: макропоры размером 0,1-2 мкм, переходные размером 0,004-0,1 мкм, микропоры - менее 0,004 мкм.

В зависимости от области применения метода сорбционной очистки, места расположения адсорберов в общем комплексе очистных сооружений, состава сточных вод, вида и крупности сорбента и др. назначают ту или иную схему сорбционной очистки и тип адсорбера. Так, перед сооружениями биологической очистки применяют насыпные фильтры с диаметром зерен сорбента 3 -5 мм. или адсорбер с псевдо слоем сорбента с диаметром зерен 0,5 - 1 мм. При глубокой очистке производственных сточных вод и возврате их в систему оборотного водоснабжения применяют аппараты с мешалкой и намывные фильтры с крупностью зерен сорбента 0,1 мм и менее.

Наиболее простым является насыпной фильтр, представляющий собой колонну с неподвижным слоем сорбента, через который фильтруется сточная вода. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных в сточных водах веществ и составляет 1 -6 м/ч; крупность зерен сорбента - 1,5-5 мм. Наиболее рациональное направление фильтрования жидкости - снизу вверх, так как в этом случае происходит равномерное заполнение всего сечения колонны и относительно легко вытесняются пузырьки воздуха или газов, попадающих в слой сорбента вместе со сточной водой.

В колонне слой зерен сорбента укладывают не бес провальную решетку с отверстиями диаметром 5-10 мм и шагом 10-20 мм, на которые укладывают поддерживающий слой мелкого щебня и крупного гравия высотой 400-500 мм, предохраняющий зерна сорбента от проваливания в решеточное пространство и обеспечивающий равномерное распределение потока жидкости по всему сечению. Сверху слой сорбента для предотвращения выноса закрывают сначала слоем гравия, затем слоем щебня и покрывают решеткой (т. е. в обратном порядке).

2.3 Химическая очистка

Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горно-добывающей (обогатительные фабрики свинцо-цинковых и медных руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы), целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях промышленности.

В узком смысле окисление - реакция соединения какого-либо вещества с кислородом.

А в более широком - всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. В практике обезвреживание производственных сточных вод в качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

2.3.1 Хлорирование

Обезвреживание сточных вод хлором или его соединениями - один из самых распространенных способов их очистки от ядовитых цианидов, а также от таких органических и неорганических соединений, как сероводород, гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и др.

2.3.2 Озонирование

Озон обладает высокой окислительной способностью и при нормальной температуре разрушает многие органические вещества, находящиеся в воде. При этом процессе возможно одновременное окисление примесей, обесцвечивание, дезодорация, обеззараживание сточной воды и насыщение ее кислородом. Преимуществом этого метода является отсутствие химических реагентов при очистке сточных вод.

Растворимость озона в воде зависит от pH и количества примесей в воде. При наличии в воде кислот и солей растворимость озона увеличивается, а при наличии щелочей - уменьшается.

Озон самопроизвольно диссоциирует на воздухе и в водном растворе, превращаясь в кислород. В водном растворе озон диссоциирует быстрее. С ростом температуры и pH скорость распада озона резко возрастает.

Озон можно получить разными методами, но наиболее экономичным является пропускание воздуха или кислорода через электрический разряд высокого напряжения (5000-25000 В) в генераторе озона (озонаторе), который состоит из двух электродов, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Промышленное получение озона основано на расщеплении молекул кислорода с последующим присоединением атома кислорода к нерасщепленной молекуле под действием тихого полу коронного или коронного электрического разряда.

Для получения озона необходимо применять очищенный и осушенный воздух или кислород.

Перспективность применения озонирования как окислительного метода обусловлена также тем, что оно не приводит к увеличению солевого состава очищаемых сточных вод, не загрязняет воду продуктами реакции, а сам процесс легко поддается полной автоматизации. Смешение очищаемой воды с озонированным воздухом может осуществляться различными способами: очищением воды через фильтры, дырчатые (пористые) трубы, смешением с помощью эжекторов, мешалок и т. д.

2.4 Биологическая очистка

Наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений биологический метод. Он основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - H2O, CO2, NO3-, SO42- и др. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении.

Для правильного использования микроорганизмов при биологической очистке необходимо знать физиологию микроорганизмов, т. е. физиологию процесса питания, дыхания, роста и их развития.

Всякий живой организм отличается от неживого наличием обмена веществ, в процессе которого происходит усвоение питательных веществ и выделение продуктов жизнедеятельности.

Основными процессами обмена веществ являются питание и дыхание.

Биохимическая очистка производственных сточных вод нефтеперерабатывающих заводов производится в аэрофильтрах (биофильтры), биологических прудах.

Биофильтры представляют собой железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом, который укладывается на дырчатое днище и орошается сточными водами. Для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, пластмассу и др. Очистка сточных вод в биофильтрах происходит под воздействием микроорганизмов, заселяющих поверхность загрузки и образующих биологическую пленку. При контакте сточной жидкости с этой пленкой микроорганизмы извлекают из воды органические вещества, в результате чего сточная вода очищается.

Они представляют собой железобетонные резервуары длиной 30-100 м и более, шириной 3-10 м и глубиной 3-5 м. Очистка сточных вод, после чего происходит под воздействием скоплений микроорганизмов (активного ила). Для нормальной их жизнедеятельности в воздухе и питательных веществах.

Преимущества биологического метода очистки - возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

3. Новые технологии очистки от нефтяных загрязнений

Своевременная и эффективная очистка средств хранения и транспортировки нефтепродуктов от нефтяных загрязнения является обязательным условием, обеспечивающим их надежность и качество топлива. В большинстве случаев для удаления этих загрязнений используют воду температурой 70-90 градусов по Цельсию или пар. Достаточно часто для ускорения процесса отмывания емкостей и трубопроводов применяют различные моющие вещества, в том числе каустик, гидроксид натрия, поверхностно-активные вещества (ПАВ) типа ОП-7 или сульфоксид-61 и др.

Высокая стоимость, малая производительность, большие расходы энергии, воды и пара, необходимость наличия очистных сооружений большого объема или дорогостоящего оборудования для отделения нефтепродуктов - известные недостатки традиционного способа очистки. При этом от 3 до 7% добытого, перевезенного и сохраненного нефтепродукта теряется безвозвратно в загрязнениях и отходах.

После завершения процесса отмывания условной емкости технологическая вода, состоящая из отмытого нефтепродукта, раствора моющих веществ и нефтешламов, поступает в лучшем случае в пруды-отстойники хранилищ, в худшем - в городскую сливную канализации, речку, озеро, лес. Следствие - уменьшение площадей хозяйственных угодий, снижение плодородия почв, ухудшение здоровья населения, нарастание экологической угрозы.

Этих недостатков можно избежать в случае применения принципиально новых технологий отмывание загрязненных нефтепродуктами поверхностей.

В результате многолетних исследований российскими учеными холдинговой компании «Чистый Мир М» была разработана технология, позволяющая отделять углеводородные соединения нефтепродуктов от разного рода материалов. Принцип ее действия основан на создании расклинивающего эффекта, в результате которого нефтяные загрязнения отрываются от поверхности и переходят в раствор. Высокая способность моющего средства обеспечивает при этом легкое разделение раствора и нефтепродукта без образования эмульсии.

Техническое моющее средство (ТМС) «БОК» имеет несколько модификаций, специально разработанных для разных типов загрязнений и поверхностей, так как очевидно, что отмыв светлых нефтепродуктов отличен от отмывания мазута, а процесс обезжиривания металлических поверхностей принципиально отличается от очистки почв и грунтов от нефтепродуктов. Особенно сложной задачей является очистка прудов-отстойников и накопителей от застарелых нефтешламов, в связи с тем, что основными ингредиентами шламов является асфальто- смолисто- парафиновые отложения, обладающее высокими значениями вязкости и температуры размягчения, что затрудняет проникновение раствора в массу загрязнителя.

ТМС «БОК» используется в виде водных растворов с рабочей концентрацией 2-4% по массе, не содержит щелочей и фосфатов, имеет 4-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76.

Принципиальная особенность «БОК» - сбалансированность состава, обеспечивающая хорошую смачивающую и максимальную эмульгирующую способность рабочих растворов, что позволяет удерживать загрязнитель в растворе с образованием электрически заряженных агрегированных молекул.

Композиции «БОК» содержат в своем составе полиэктролиты, предотвращающие процесс ресорбции, ингибиторы коррозии и другие вспомогательные вещества. Для некоторых технологий предусмотрен без пенный процесс отмывания. Технологический процесс отмывания, происходящий в непрерывном режиме, обеспечивает образование трех фаз: верхнего слоя нефтепродуктов, водного слоя и нижнего слоя (отмытый грунт, механические примеси). Степень очистки поверхностей от загрязнителей зависит от температуры моющего раствора, а также от способа (погружной, струйный и др.) и времени отмывания. Технология отмывания нефтепродуктов с использованием ТМС «БОК» рентабельна благодаря утилизации выделенного нефтепродукта. Отмытые нефтешламы, грунты, механические примеси могут быть переработаны в строительные материалы. Остаточное содержание нефтепродуктов в твердых продуктах после отмывания не превышает 2 г/кг, что позволяет использовать их в грунтах для озеленения промышленных площадок.

Моющее средство не вступает в химическую реакцию с нефтепродуктами, обладает антикоррозионными свойствами, может многократно использоваться в оборотном цикле, обладает малой степенью токсичности.

Учеными и специалистами холдинговой компании «Чистый Мир М» были разработаны технологии применения технического моющего средства для отмывания резервуаров АЗС от светлых нефтепродуктов, чистки резервуаров различных емкостей от темных и светлых нефтепродуктов, отмывания грунтов и шламов, загрязненных нефтепродуктами, и т. п.

Также, на основе технологии применения созданного моющего средства могут быть реализованы стационарные комплексы отмывания внутренних и внешних поверхностей железнодорожных цистерн (производительность такого комплекса составляет 600-700 цистерн в сутки), грузовых танков нефтеналивных судов, резервуары нефтебаз нефтехранилищ.

4. Станция очистки и обеззараживания сточных вод

4.1 Назначение и техническая характеристика станции

Станция предназначена для очистки и обеззараживания сточных вод. В технологической схеме станции использованы физико-химические и биологические способы очистки воды и обеззараживание их озоном. Станция имеет следующие технические характеристики:

Станция имеет следующие технические характеристики:

1. Производительность, м^э/сут. (мЗ/ч.) 160;

2. Потребляемая мощность, кВт. 15;

3. Род эл.тока, частота, Гц перемен 3-х фазн. 50± 2Гц;

4. Напряжение, В. 380 ± 20;

5. Расход коагулянта (сернокислый алюминий) не более 200 (5) г/м³ (кг/сут);

6. Производительность по озону, не менее, г/ч. 40;

7. Расход воздуха, подаваемого на озонатор, м³/г. 3;

8. Давление воздуха в адсорберах:

- в стадии адсорбции, кПа 450 ± 50,

- в стадии регенерации, кПа 30.

9. Давление воздуха в озонаторе, кПа 15-30;

10. Сила тока в первичной обмотке высоковольтного 10-12 трансформатора, А;

11. Установка сигнализации перед озонатором на включение, кПа 10-12;

12. Выход шлама, не более м³/сут. 0,15;

13. Масса технологического оборудования, т., не более 6,16;

14. Масса наиболее тяжелого блока, т., не более 1,1;

15. Габаритные размеры помещения комплекса, м 6,9*2,9*3,08;

16. Расчетные показатели исходной сточной воды мг/л, не более:

- БПК₅ 300,

- коли-индекс 10¹²,

- взвешенного вещества 300.

17. Показатели очищенной и обеззараженной воды (среднее значение по результатам не менее 20 проб):

- взвешенного вещества мг/л, не более 3,

- БПК₅ мг/л, не более 3,

- коли - индекс, не более 1000.

4.2 Состав станции

Станция представляет собой помещение, габариты которого приняты из условия его безопасного расположения и работы.

смонтировано технологическое оборудование станции, которое включает в себя:

Внутри помещения фильтр грубой очистке, эжектор, флотатор-коагулятор, фильтр биологический, колонну предозонирования, колонну контактную, цистерну чистой воды, цистерну шламовую, насос перекачивающий, агрегат озонаторный, компрессор воздушный, баллоны воздушные и устройство гидроциклон.

Кроме перечисленного оборудования также есть трубопроводы с арматурой и контрольно - измерительные приборы технологических и вспомогательных систем станции.

4.3 Устройство и работа станции, и ее составных частей

Всё оборудование станции объединено в систему по своему функциональному назначению.

Система обработки включает в себя следующие оборудования: флотатор-коагулятор, биофильтр напорный, клону контактную, цистерну чистой воды, цистерну шламовую, насос перекачивающий, агрегат озонаторный.

4.3.1 Флотатор - коагулятор

Состоит из трех камер, разделенных перегородками внутри общего корпуса. Сточная вода поступает в отсек в количестве на 3-5% превышающем производительность станции. Избыток воды через поворотную заслонку поступает в переливной трубопровод и отводится обратно в сточный колодец. Основная часть воды в количестве, равном производительности станции, поступает в верхнюю часть коагулятора через смесительное устройство, куда одновременно из баков для приготовления реагента через ротаметр и эжектор поступает раствор воды с коагулянтом. Далее при движении воды сверху и снизу вверх; изменяющемся при прохождении через поперечные переборки, происходит процесс коагуляции, т. е. образование крупных (2-3 мм) хлопьев.

Из камеры коагуляции сточная вода с хлопьями перетекает во флотационный отсек (флотатор), где происходит отделение скоагулировавшихся хлопьев загрязнений от воды и всплытие их на поверхность в виде пены.

Внутри флотатора расположены струенаправляющая перегородка и экранирующая перегородка.

Сточная вода из камер коагуляции поступает в нижнюю часть камеры клотации, в эту же зону подается аэрорированая вода от напорного биофильтра в количестве 15-20% от объема обрабатываемой сточной воды.

...