Улучшение экологической обстановки в регионе при реконструкции ремонтного локомотивном депо г. Узловая Тульской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Такие науки как экономики и экологии должны опираться на результаты комплексного анализа всей совокупности показателей научно-технического прогресса во всех отраслях экономики страны. Комплексный и обьективнывй анализ просто необходим, чтобы четко определить реальные затраты на создание системы рационального природопользования и природоохранную деятельность различных предприятий.

Основной целью ресурсосберегающих и природоохранных мероприятий является улучшение жизненного уровня людей, создание максимальной комфортности среды их жизни с учетом потенциальных возможностей страны, мирового опыта в таких областях как наука и техника, форм территориальной организации производств, уровня социальной производственной инфраструктур.

Загрязнения окружающей среды стало угрозой для населения промышленных районов, сельскохозяйственных культур, лесного хозяйства и биосферы в целом. Очень сильно сказывается на комфортной жизни людей загрязнение атмосферы и гидросферы. Необходимо последовательно и рационально выполнять операционные и различные хозяйственные меры по предупреждению загрязнения и развитию мониторинга для контроля за состоянием окружающей среды в целом.

В рамках экологического мониторинга окружающей среды создана методика оценок выбросов промышленных предприятий, которые загрязняют атмосферу и водные объекты сбросами и выбросами. К таким предприятиям наносящим вред окружающей среде, значительный вред приносят предприятия железнодорожного транспорта, в том числе локомотивные депо, которые сбрасывают не очищенные сточные воды. Необходима комплексная оценка поступления загрязнений, создаваемая деятельностью локомотивного депо, в рамках мониторинга окружающей среды и не допущения ее загрязнения.

1) С точки зрения экологического мониторинга эта оценка позволяет сравнить предельно допустимую концентрацию и фактическое содержание вредных веществ в окружающей природной среде, с целью разработки мероприятий различных мероприятий по снижению сбросов загрязняющих веществ от локомотивного депо.

2) С точки зрения экономически уменьшение сбросов позволит уменьшить издержки локомотивного депо, которые связанны с выплатой платы за негативное воздействие и превышения предельно допустимой концентрации сбросов.

3) С точки зрения технологической, позволит улучшить технологический процесс деятельности подразделений, входящих в локомотивное депо, тем самым оптимизировать работу персонала, осуществить экономию затрат в целом на предприятии.

4) С точки зрения технической позволит перейти на оборудование, позволяющее не превышать предельно допустимой концентрации сбросов.

Целью выпускной квалификационной работы является улучшение экологической обстановки в регионе при реконструкции ремонтного локомотивном депо г. Узловая Тульской области.



1. Проблемы очистки нефтесодержащих сточных вод в том числе железнодорожных предприятий

1.1 Актуальные проблемы очистки нефтесодержащих сточных вод

Содержащие нефть водные стоки содержат множество компонентов и много фаз входящих в водные системами.

Содержащие нефть стоки в большинстве случаев единовременно с нефтепродуктами загрязнены и механическими частицами, элементами поверхностных стоков, соединения органического характера и, практически во всех случаях, тяжелыми металлами. При разработке способов и методов очистки, помимо содержания в сточных водах многих компонентов с, нужно всегда принимать во внимание свойства и степень большой устойчивости нефтепродуктов к очистке, которые содержатся в стоках (рис. 1).

Рис. 1. Характеристика состояния нефтепродуктов в сточных водах



Чаще всего нефтяные продукты присутствуют в водных стоках в нерастворимом, плохо растворимом, почти растворимом и растворимом состоянии. В зависимости от среды образования, количеству примесей и химического состава водных стоков в них находятся содержащие нефть в разном дисперсно-фазовом виде. При большим их количестве и не наличия в водных стоках веществ которые стабилизируют её, в основном поверхностно-активными, наибольшее количество продуктов нефти содержатся в виде больших капель.

В случае небольшого содержания продуктов нефти, почти все они состоят в среднерастворимом состоянии, тем более если в сточных водах присутствуют вещества стабилизаторы. Образование плохо растворимых эмульсий начинается в случаях механического перемешивания продуктов нефти в сточных водах, практически всегда, при передвижении и перекачке вод содержащих продукты нефти в трубопроводах.

Растворимые частицы нефтесодержащих продуктов в стоках бывают нестабильно связанными, немного связанными или очень связанными находящимися в водных стоках веществами. Стабилизация происходит за счёт нахождения в водах стоков ПАВ, высокомолекулярные соединения органического характера, а ещё грубые примеси коллоидной структуры дисперсности. В большинстве случаев на практике большая устойчивость растворимых примесей обусловлена содержащихся в них неионогенными, анионными ПАВ, они применяются для изготовления большого ассортимента технологических эмульсий или сливаются в водные стоки после использования для большого количества технологических операций.

Нерастворимые и слабо растворимые продукты нефти несложно и очень эффективно выводятся из водных стоков методом отстаивания в ловушках для нефти разнообразных конструкций. Величина частиц, которые могут эффективно удаляться в нефтеловушках, зависит, в первую очередь, от плотности содержания продуктов нефти. В табл. 1 показаны рассчитанные скорости выделения на поверхность капель, которые зависят от их величины и структуры продуктов нефти.

Таблица 1. Скорость выделения на поверхность воды продуктов нефти при температуре 20 по цельсию.

Величина частицы, мм(мкм)	Скорость выхода на поверхность в мм/с частицы, г/см3
	0,81	0,86	0,91	0,96	0,98
0,06 (60) 0,074 (74) 0,11 (110) 0,14 (140)	0,26 0,62 1,08 2,43	0,19 0,44 0,83 1,85	0,13 0,28 0,52 1,21	0,06 0,14 0,24 0,60	0,013 0,031 0,052 0,123

Чаще всего нефтяные ловушки разрабатываются на время всплывания около 0,5 мм/с. Это время всплывания может быть у частиц величиной примерно 0,14 мм при их относительной плотности 0,96 г/см³ и частицы величиной около 0,08 мм с относительной плотностью 0,81 г/см³ . Исходя из этого, нефтяные ловушки имеют максимальный порог по эффективности функционирования, ограниченный величиной и составом капель нефтяных продуктов в водных стоках.

Для стабилизации водных стоков, состоящих из нестабилизированных сильно растворённых нефтяных продуктов, используются процессы без реагентов. Это может быть электрофлотация, коалесценция, ультрафильтрация, фильтрование, поглощение и другие. Схема очистки без реагентов, чаще всего, не обеспечивает очищение сточных вод до качества, необходимого для слива в водоёмы и реки. Тем не менее, обработанные воды могут быть применены в водооборотных структурах (например, моек транспорта в ручную),где не присутствуют моющие средства.

В структуре очистки водных стоков, в составе которых нестабилизированные сильно растворимые нефтяные продукты, используется чаще всего электрическая когуляция или химическая коагуляция. вместе с этим протекает коагуляция высокой степени дисперсных и коллоидных не жидких частиц, впитывание ПАВ и биологических соединений. Для достижения очистки вод с необходимой для слива в водоёмы или реки дозой содержания нефтяных продуктов в технологическом процессе используется ступень впитывающей доочистки от нефтяных продуктов, присутствующем в связаном состоянии.

Очень большая проблема присутствует при очистке водных стоков, в составе которых очень стабилизированные нефтяные продукты. В процессе очистки этих стоков, чаще всего, используется ступень разрушения (разэмульгирования), это способствует очень сильно понизить связывающую устойчивость растворов и способствует процессу устойчивой коагуляции раз стабилизированных частиц нефтяных продуктов. В качестве разрушителя связей огромное применение нашла серная кислота, а с недавнего времени для разрыва устойчивых растворов применяются также разнообразные высокомолекулярные биологические растворители. После использования раз стабилизатора водные стоки отводятся на отстаивание в нефтяных ловушках, а после на дополнительную очистку,

Учитывая выше приведённые способы разработана система рекомендаций для выбора наилучших по результатам схем для обработки содержащих нефть водных стоков ( табл. 2 ).

Таблица 2. Рекомендации по выбору схем обработки содержащих нефть водных стоков

Вещество загрязнитель	Концентрация нефти, мг/л	Наилучшая схема очистки	Иные условия
1	2	3	4
Продукты нефти (масла) не стабилизированные	Более 101	Применение ловушек нефти	Время всплытия 0,5 мм/с более 60% продуктов нефти
		Разделение центробежное в гидроциклоне	Время всплытия не менее 0,3 мм/с более 60% продуктов нефти
	21 -100	Мало слоеное отстаивание в ловушках нефти	Время всплытия не менее 0,3 мм/с более 60%
		Отстаивание с электрокоагуляцией или коагуляцией	Очистка до 70 %
		Коагуляцией с флотация	Очистка до 80 %
		Электрокоагуляция с флотацией	Очистка до 80 %
		Грубые фильтра с коагуляцией	Очистка до 90 %
	Не более 20	Низко слоеное отстаивание с коагуляцией	Очистка до 60 %
		Очистка процеживанием в зернистых загрузках	Степень очистки отличается при разной скорости процеживания
		Очистка процеживанием в зернистых загрузках с коагуляцией	Содержание продуктов нефти в очищенных стоках менее 1 мг/л
Продукты нефти (масла) стабилизированные	Более 301	Отстаивание в ловушках нефти	Всплывание нефти 0,55 мм/с не менее 61%
		Разделение за счёт центробежных сил в гидроциклоне	Всплывание нефти более 0,31 мм/с не менее 61%
	21 -300	Тонкослойное отделение в ловушках нефти	Всплывание нефти более 0,31 мм/с не менее 61%
		Отстаивание с электрокоагуляцией или коагуляцией	Очистка около 60 %
		Коагуляция с флотацией	Очистка около 70 %
		Электрическая коагуляция и флотация	Очистка около 70 %
	21 - 100	Крупнозерновые фильтра с флотацией и коагуляцией	Очистка около 80 %
		Низко слоеное отделение с коагуляцией	Очистка около 70 %
	Ниже 20	Фильтрование сквозь зернистые фильтра с коагуляцией	Содержание продуктов нефти в очищенных стоках менее 3 мг/л
Продукты нефти (масла) сильностабилизированные	Не менее 1000	Отстаивание в ловушках нефти	Скорость всплытия 0,51 мм/с не менее 61% продуктов нефти
		Разделение за счёт центробежных сил в гидроциклоне	Всплывание нефти более 0,31 мм/с не менее 61%
	301 - 1000	Отстаивание в ловушках нефти с начальной дестабилизацией	Степень очистки отличается при разной скорости процеживания
		Коагуляция с флотацией с начальной дестабилизацией	Очистка около 70 %
	21 - 300	Флотация с коагуляцией и предварительной дестабилизацией	Очистка около 60 %
		Электрическая коагуляция - флотация с начальной дестабилизацией	Очистка около 60 %
	Ниже 20	Фильтрование сквозь зернистые фильтра с коагуляцией и начальной дестабилизацией	Содержание продуктов нефти в очищенных стоках ниже 10 мг/л
Растворенные продукты нефти (масла)		Адсорбция	Качество очистки напрямую зависит от режима
		Обратный осмос
		Насыщение О2

Сейчас некоторые процессы по очистки содержащих нефть вод фактически не используются из-за сложности в получении очищенных стоков с качеством воды, отвечающим всем нормам и требованиям. В связи с этим, чаще всего их очистка происходит во много ступеней, которые по отдельности способствуют удалению из водных стоков продуктов нефти, которые находятся в том или ином фазо-дисперсном виде. За частую, эти многоступенчатые системы включают этап предварительной очистки от не растворяемых и слабо растворяемых продуктов нефти, и этапа включающего основную очистку от растворимых частиц и этапа пост очистки от растворенных продуктов нефти.

На начальном этапе очистку воды легче всего проводить в ловушках нефти, оснащённых механизмами чтобы удалять и собирать слоя уловленных продуктов нефти. В настоящее время из-за нахождения почти во всех содержащих нефть водах нерастворённых веществ получают большое применение многоступенчатые установки такие как отстойники-нефтеловушки, или другой вариант, такой как трехпродуктовые гидроциклоны, они очень выгодны при небольших площадях для строительства сооружений по очистке сточных вод.

Следующий этап очистки включает в себя две ступени. Одна ступень необходима для удаления основной массы растворённых продуктов нефти, и других коллоидных и высокодисперсных грубых примесей. В большей степени для очистки на фазе этой ступени используют отстойники или флотаторы с начальной коагуляционной системой обработки стоков. В ходе чего применяется либо коагуляция химическими препаратами, или электрическая коагуляция в электролизерах с электродами из алюминия или железа способными растворяться. Ещё применяется гальванический коагуляционный способ обработки содержащих нефть стоков перед отстойниками. Этот способ может использоваться лишь при большой насыщенности их минералами или кислотами .

После извлечения основной массы эмульгированных нефтепродуктов осуществляется дополнительная очистка стоков на фильтрах с зернистыми загрузками, преимуществом которых является возможность регенерации их фильтрующих свойств путем периодической промывки, фильтрующей загрузки.

Применение фильтрующих материалов, которые не промываются после загрязнения, может быть обоснованно только для временных очистных сооружений. В очищенных после фильтров водах практически не содержатся эмульгированные нефтепродукты при условии эффективной предварительной коагуляции частиц, качественной работы отстойника или флотатора и оптимального режима фильтрования.

После фильтров производится доочистка нефтесодержащих вод от растворенных нефтепродуктов для получения очищенных вод с качеством, допускающим их сброс в водоёмы или водотоки. На этапе доочистки нефтесодержащих вод чаще всего применяются открытые или напорные адсорбционные фильтры. Обратный осмос на этом этапе может быть оправдан только при необходимости одновременного обессоливания очищаемых вод, а процессы окисления -- в случае присутствия в этих водах окисляемых неорганических и органических веществ, концентрация которых при сбросе в водоёмы или водотоки ограничена действующими нормативами.

Как свидетельствует многолетняя практика, надежная качественная очистка нефтесодержащих вод возможна исключительно при реализации многоступенчатых технологических схем извлечения нефтепродуктов и других загрязняющих ингредиентов. Попытки использования простых решений для

получения очищенных вод требуемого качества дают только кратковременный эффект и не пригодны при длительной эксплуатации очистных сооружений.

Следует отметить, что при использовании очищенных вод в водооборотных системах различных производств не требуются столь низкие концентрации нефтепродуктов в этих водах, как при сбросе в водотоки или системы коммунальной канализации. Поэтому в водооборотных системах этап доочистки на адсорбционных фильтрах обычно не предусматривается, что существенно упрощает и уменьшает стоимость очистных сооружений. Более того, если в сточных водах содержатся только нестабилизированные нефтепродукты, то технологическая схема очистки этих стоков в водооборотных системах может быть принята безреагентной.

Выбор варианта технологической схемы производится с учетом реальных качественных показателей нефтесодержащих вод, подлежащих очистке, расхода стоков и требований к качеству очищенных вод. При этом следует избегать применения в технологической системе очистки промежуточных перекачек нефтесодержащих стоков для предотвращения дополнительного эмульгирования нефтепродуктов и диспергирования предварительно коагулированных компонентов. Поэтому более обоснованным и рациональным технологическим решением является применение безнапорных схем очистки нефтесодержащих вод.

Кроме проблемы очистки нефтесодержащих вод, актуальным и на сегодняшний день не до конца решенным является вопрос переработки отходов водоочистки, содержащих нефтепродукты. В настоящее время утилизируются лишь уловленные в процессе очистки нефтепродукты, а осадки и нефтешламы после накопления и обезвоживания, как правило, вывозятся на полигоны промышленных отходов. Такое решение не является экологически обоснованным, в связи, с чем предлагаются и реализуются на практике различные технологии извлечения нефтепродуктов из образующихся в процессе очистки стоков осадков и нефтешламов. Особенно эффективным способом переработки их является биологическая деструкция содержащихся в твердых отходах нефтепродуктов. После этого осадки и шламы могут быть утилизированы или вывезены совместно с другими промышленными отходами.

В целом большинство прикладных проблем очистки нефтесодержащих вод уже сейчас могут быть решены на современном уровне. Этот уровень предполагает эффективность, надежность, гибкость и экономичность технологических решений, а также долговременную, не менее 15-20 лет, безотказную работу применяемого водоочистного оборудования. Поскольку не все из предлагаемых на рынке разработок отвечают этим условиям, то при выборе варианта очистных сооружений следует отдавать предпочтение проверенным на практике технологическим комплексам очистки нефтесодержащих вод.

Такие водоочистные комплексы позволяют в одном компактном блоке разместить несколько модулей, обеспечивающих требуемые качественные показатели очищенных вод. В первую очередь, это относится к водоочистным комплексам небольшой производительности, предназначенным для работы в водооборотных системах. Создание многофункционального оборудования для эффективной очистки нефтесодержащих вод и организация серийного его выпуска является наиболее прогрессивным направлением развития водоочистной техники.

1.2 Литературный обзор методов очистки сточных вод железнодорожных предприятий

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.

Методы очистки и устройства для их реализации

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.

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, при большом расходе -- горизонтальные и вертикальные.

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

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.

Для очистки сточных вод от основной массы нефтепродуктов (более 100 мг/л) применяются нефтеловушки преимущественно горизонтального типа.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%.

Осветлители (отстойники) 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%.

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.

Скоростные фильтры 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% -БПКполн , 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.

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. 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 грязеемкость 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.

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. Сточная вода подается внутрь гидроциклона. При вращении воды под действием центробежной силы внутри гидроциклона образуется ряд потоков. 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%.

1.2 Физико-химические методы

Для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных и коллоидных частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ используются физико-химические методы, к которым относят коагуляцию, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, ультрафильтрацию и др. Выбор метода зависит от технологических и санитарных требований, состава сточных вод, концентрации загрязнений, а также наличия необходимых материальных, энергетических ресурсов и экономичности процесса. Различают два вида коагуляции растворов электролитами -- концентрационную и нейтрализационную. Концентрационная коагуляция наблюдается при увеличении концентрации электролита, не вступающего в химическое взаимодействие с компонентами коллоидного раствора. Такие электролиты называются индифферентными. При нейтрализационной коагуляции ионы прибавляемого электролита нейтрализуют потенциалопределяющие ионы, при этом уменьшается термодинамический и электрокинетический потенциал. Коагуляцию широко используют при очистке воды для удаления взвешенных веществ. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. При использовании смесей А12 (S04)3 и FеС13 в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном использовании этих реагентов. Кроме этих коагулянтов, для обработки сточных вод могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства и др. Очистка сточных вод коагуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой, хлопьеобразование и осаждение хлопьев.

Наиболее эффективным методом для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, а также нефтепродуктов, является флотация. Достоинством флотации является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простота аппаратуры, селективность выделения примесей по сравнению с отстаиванием, большая скорость процесса, высокая степень очистки (95--98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ), легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.

Процесс, на котором основана флотация, состоит в том, что при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс “пузырек-частцица” поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др. Наиболее распространены напорные установки. Они просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвеси до 4--5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты.

Процесс напорной флотации осуществляется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением и выделение растворенного газа под атмосферным давлением. Напорные флотационные установки имеют производительность от 5 до 2000 м3 /ч.

В зависимости от объема и степени загрязнения сточных вод нефтепродуктами используются горизонтальные , вертикальные и радиальные флотаторы. Производительность горизонтальных и вертикальных флотаторов составляет до 100 м3 /ч, радиальных - более 100 м3 /ч.

Напорные флотационные установки рекомендуется устанавливать после нефтеловушек и отстойников для дополнительной очистки от нефтепродуктов сточных вод перед выпуском их в бытовую канализацию или при использовании очищенной воды в обороте. Для очистки сточных вод железнодорожных предприятий от синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) используются установки пенной флотации. Отличие данного типа флотации от напорной заключается в том, что загрязняющие частицы выносятся не с пузырьками воздуха, а с пеной. Такие установки получили название -барботажных. Для барботажа рекомендуется применять мелкопористые аэраторы -фильтросные пластины или трубы -с подачей сжатого воздуха от воздухопроводов. Наряду с извлечением из биологически очищенных сточных вод СПАВ, установки пенной флотации обеспечивают также снижение концентраций взвешенных примесей и остаточных органических соединений. Содержание СПАВ уменьшается с 2-8 мг/л в исходной воде до 0,5-1,5 мг/л в очищенной воде, взвешенных веществ -на 45-50%, БПК , -на 50-60%, ХПК -на 55-65%.

Для повышения эффективности флотационной очистки применяют коагулянты в виде растворов сернокислого алюминия, сернокислого и хлорного железа, образующих в щелочной среде нерастворимые гели гидроксидов металлов. Остаточное содержание нефтепродуктов в сточных водах после механической или физико-химической очистки составляет 10--20 мг/л, поэтому дальнейшую очистку проводят химическим или биохимическими методами.

При электрокоагуляционной очистке сточных вод от таких высокоустойчивых загрязнений, как эмульсии нефтепродуктов, масел и жиров проводят электролиз с использованием стальных и алюминиевых анодов . Под действием тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа и алюминия, которые, гидролизуясь, образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев. Наступает коагуляция и происходит очистка воды.

1.3 Химические методы

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Их применяют для удаления растворенных веществ, а также в замкнутых системах водоснабжения. Для химической очистки сточные воды, содержащие нефтепродукты, хлорируют и озонируют. После механической и физико-химической очистки сточные воды, содержащие нефтепродукты и другие растворенные загрязнения (например, фенолы), направляются на биологическую очистку, которая заключается в окислении органических загрязнений микроорганизмами.

1.4 Биохимические методы

Биологическое окисление проводят как в естественных условиях на полях фильтрации, орошения и в биологических прудах, так и в искусственно созданных условиях на биофильтрах и в аэротенках. Поля фильтрации, орошения и биофильтры функционируют за счет почвенных биоценозов, биологические пруды и аэротенки -- за счет биоценозов этих водоемов. Биоценоз состоит из множества различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов -- водорослей и т.д., связанных между собой в единый комплекс. На объектах, где происходит утечка нефтепродуктов, используют капельные и высоконагруженные биофильтры. В качестве фильтрующего материала используют шлак, гранитный щебень, кокс, известняк, антрацит и другие водоустойчивые материалы. Очищенную в биофильтре воду хлорируют, и она поступает во вторичный отстойник. Очищенную воду спускают в водоем. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов биологические фильтры вводят в эксплуатацию при температуре около 20°С.

Аэротенки применяются для очистки сточных вод шпалопропиточных заводов, дезинфекционно-промывочных станций и при совместной доочистке бытовых и производственных вод других предприятий. В основу работы аэротенков положена деятельность микроорганизмов, обитающих в природных водоемах. Они носят название активного ила. Аэротенки подразделяются на аэротенки с регенерацией и без регенерации активного ила, аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители и аэротененки-отстойники. В зависимости от применяемых аэрационных устройств имеются аэротенки с механической, пневматической и пневмомеханической аэрацией.

1.5 Методы удаления поверхностно - активных веществ (ПАВ) и фенолов

Предприятиями железнодорожного транспорта ежегодно выбрасывается в водоемы более 100 тыс. т ПАВ. В поверхности воды, содержащей ПАВ, образуется устойчивая пена, которая препятствует поступлению кислорода из воздуха в загрязненные бассейны и, тем самым, ухудшает процессы самоочищения и наносит большой вред как растительному, так и животному миру. Кроме того, некоторые из них придают воде неприятный запах и привкус. Для очистки сточных вод от ПАВ применяют биохимическое окисление, сорбцию, пенное фракционирование, коагуляцию, выпаривание, ультрафильтрацию, озонирование и др. Выбор метода очистки зависит от концентрации ПАВ в сточных водах, химической природы ПАВ, от наличия в стоках органических и неорганических примесей, стоимости и необходимой степени очистки. Для очистки сточных вод до норм ПДК обычно используется комплекс методов, конечной стадией которого является биологическая очистка. Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100--200 мг/л) применяется адсорбционная очистка на активированных углях. Получить воду требуемого качества и повторно использовать ПАВ после регенерации позволяет применение ионообменных смол.

Для очистки воды от ПАВ используют также метод пенного сепарирования. Сущность его заключается в адсорбции ПАВ на границе раздела фаз сточная вода -- воздух при непрерывном снятии поверхностного слоя. Для этой цели через сточную воду барботируют воздух, что создает стабильную пену, состоящую из пузырьков газа различного размера. Процесс разрушения пенного слоя происходит медленно. Для ускорения разрушения пены используют пеногасители, в качестве которых применяются кремний-и германийорганические соединения. Однако использование их приводит к дополнительному загрязнению пеноконденсата. Поэтому чаще применяют термические, электрические и механические способы гашения пены.



2. Определение расхода сточных вод и эффективности работы очистных сооружений локомотивного депо

2.1 Локомотивное хозяйство, типы локомотивного депо

Ремонтные локомотивные хозяйства предназначено как для ремонта так и для технического обслуживания и экипировки поездных и маневровых локомотивов, а также вагонного подвижного состава в целом.

К основным сооружениям и устройствам локомотивного хозяйства относятся основные ремонтные депо, места смены локомотивных бригад; места технического обслуживания локомотивов; различные экипировочные устройства; пути для и стоянки локомотивов; поворотные устройства локомотивов; устройства энергоснабжение, водоснабжения и теплоснабжения, связи, здания для технических целей.

На территории локомотивного депо могут размещаются пути стоянки запаса локомотивов, пути для пожарного и восстановительного поездов, котельная, трансформаторная или электростанция подстанция.

В связи со своей деятельностью локомотивные депо подразделяются на просто эксплуатационные либо эксплуатационно-ремонтные. Эксплуатационное депо со своим парком магистральных локомотивов выполняют различные внеплановые ремонты по устранению неполадок локомотивов, текущий ремонт локомотивов по графику, техническое обслуживание: осмотр вагонов и их очистку, снабжение смазочными материалами и топливом , песком и обтирочными материалами, технической и питьевой водой.

В депо второго типа ( эксплуатационно-ремонтном) со своим парком локомотивов выполняются осуществляется текущий ремонт как для нужд самого локомотивного депо, так и для других предприятий.

На станциях с пунктом оборота осуществляют техническое обслуживание ТО-2 и экипировку локомотивов. Для этоголокомотивное хозяйство имеет устройства для технического обслуживания локомотивов, экипировки и стоянки в ожидании подачи их к поездам.

Необходимое число стойл депо (рис.2) для каждого вида ремонта и технического обслуживания ТО-3 локомотивов можно определить по выражению

,

где Sгод - годовой пробег локомотивов, млн локомотивов-км;

- потребность в стойлах для данного вида ремонта на 1 млн локомотиво-км в год.

Годовой пробег локомотивов

где l - длина участка обращения локомотивов, км;

N - число пар поездов, обращающихся на соответствующих участках в средние сутки максимального месяца;

kнер - коэффициент внутригодовой неравномерности движения.



Рис. 2. Локомотивное депо

1 - мастерские; 2 - цех текущего ремонта ТР-2;

3 - цех текущего ремонта ТР-1; 4 - административно-бытовой корпус

По полученному расчетом числу стойл устанавливают число секций депо, каждая из которых имеет три тупиковых или сквозных пути (на сквозном пути размещаются два ремонтных стойла).

В комплекс экипировочных устройств входят служебно-техническое здание, экипировочные позиции со смотровыми канавами, устройства пескоснабжения (пескосушильная установка со складом сухого и сырого песка), склады масел и дизельного топлива (для тепловозов).

Число позиций для экипировки, технического обслуживания локомотивов, смены локомотивных бригад и подготовки локомотивов к поездке определяется по формуле

,

где Nэк, NTO - число локомотивов, подлежащих соответственно экипировке и техническому обслуживанию в течение суток;

tэк - время на экипировку одного локомотива с подготовкой его к поездке (для тепловозов 30 мин, для электровозов 25 мин);

tТО - продолжительность технического обслуживания, совмещенного по времени с экипировкой (для грузовых локомотивов 60 мин);

- коэффициент, учитывающий неравномерность поступления локомотивов, равный 1,1 - 1,3.

Полезная длина каждого из экипировочных путей устанавливается из условия стоянки не менее трех локомотивов: один - на смотровой канаве, другой - перед ней, третий - за канавой. Емкость путей готовых локомотивов принимается из условия нахождения 10... 12% локомотивов от числа прибывающих за сутки.

2.2 Расход сточных вод от железнодорожной станции

Основными загрязнителями производственных сточных вод являются нефтепродукты, минеральная и органическая взвесь (взвешенные вещества). Источниками производственных сточных вод в локомотивном депо являются обмывка смотровых канав, наружная обмывка локомотивов, спуск воды из нагрузочных реостатов, системы охлаждения тепловозов, мытье производственных помещений, стирка спецодежды и др.

Вычисления суточных и секундных расходов от железнодорожной станции сведены в таблицу 3.



Таблица 3 Определение расходов производственных сточных вод от железнодорожной станции:

Наименование объектов водоотведения	Измеритель	Число единиц измер.	Норма водоотв. n, л/ед.изм	Qсут, м3/сут
Обмывка стойл депо	1 ст.	9	9000	81
Реостатные испытания тепловозов	1 тепл.	2	200	0.4
Обмывка локомотивов	1 тепл.	2	1700	3.4
Промывка товарных вагонов	1 вагон	20	4000	80
ППС	1 цистерна	53	8,2	435

Средний суточный расход сточных вод промывочно - пропарочных станций определяется по формуле:

Q=(P_пр+Р_м)*N,

где P_пр - расход воды на пропарку одной цистерны;

Р_м- расход воды на промывку одной цистерны.

Q=(8+0,2) *53=435 м³/сут.

Кроме производственных сточных вод вагонное депо сбрасывает бытовые и душевые сточные воды, расчет которых сведен в таблицу 4.

Таблица 4 Определение расходов бытовых и душевых сточных вод от вагонного депо:

Наименование объектов	ед.	кол-во потре-	Норма водоотведения	Расход сточных вод
водоотведения	измер.	бителей	общая n	в час макс. водоотв. n1	Qсут, м/сут	qmaxсек, л/с
1	2	3	4	5	6	7
душевые воды 1,2,3 смена	1 д.с.	25	500		18.76	5
быт. сточ. воды 1,2,3 смена	1 чел.	150	25	9.4	11.25	0.39
Дежурн. комнаты поездных бригад	1 койка	25	100	10.4	2.5	0.07

Очистные сооружения депо запроектированы в расчете на прием сточных вод от всех источников и очистку их от нефтепродуктов и взвешенных веществ. В настоящем проекте принята единая производственная сеть, в которую поступают сточные воды от обмывки стойл депо, наружной обмывки локомотивов, реостатных испытаний тепловозов, промывки товарных вагонов и промывочно - пропарочных станций.

2.3Состав сточных вод

Сточные воды локомотивного депо г.Узловая, содержат грубодисперсные примеси, частицы твердых веществ, несущих на своей поверхности масло, мазут и другие органические загрязнения, свободноплавающие, эмульгированные и растворенные нефтепродукты.

Таблица 5 Состав сточных вод до очистки

Показатели	Концентрация, мг/л
Нефтепродукты	95,0
Взвешенные вещества	161,0
РН	6

Таблица 6. Предельно - допустимые концентрации при сбросе в водоем

Показатели	Концентрация, мг/л
Нефтепродукты	0,05
Взвешенные вещества	10
РН	6,5 - 8,5

В результате процесса очистки достигнуты следующие показатели соответствующие нормам ПДК.



нефтепродукты - 0,05 г/м³,

взвешанные вещества - 3,63 г/м³.

Рис 2. Эффективность работы очистных сооружений

Анализируя содержание взвешенных веществ и нефтепрдуктов в сточных водах, очевидно, что оно не удовлетворяет требованиям сброса в водоем и не позволяет использовать эту воду повторно.

Для очистки стоков применяем технологию, которая позволит получить очищенную воду с содержанием нефтепродуктов - 0,05 мг/л; взвешенных веществ - 5 - 10 мг/л.

Комплекс очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов основан на предварительном отстаивании в нефтеловушке; коагуляции, которая используется для разрушения устойчивых суспензий или эмульсий загрязняющих веществ и переводе их в осадок, а также глубокой очистки на фильтрах с последующим сбросом в реку Камеша.

3. Технологическая часть

3.1 Схема очистки сточных вод и обработки осадка до реконструкции

Принципиальная технологическая схема до реконструкции представлена на рис 3. Загрязненные сточные воды направляются на усреднение в нефтеловушку, откуда самотеком поступают в контактную емкость (2), где с помощью устройств для активного барботажа воздухом (4) перемешиваются с реагентами (10% растворами: железного купороса и известковой суспензии), подаваемыми из реагентных баков дозаторов (3).

Обработанная: коагулянтами вода насосом (8) закачивается в гидроциклон (5), в котором происходит процесс коагуляции и отстаивание взвесей. В результате этой операции образуются соединения типа Fe(OH)₂ ; Fe(OH)₃; СаS0₄ с развитой поверхностью, сорбирующей на себе эмульгированные нефтепродукты. Частично осветленный слив гидроциклона подвергается фильтрации на модуле фильтров (6).

Осветленная вода поступает самотеком в нижний коллектор на модуль фильтров где происходит глубокая очистка от взвесей. После очистки осуществляется сброс в реку.

Осадок из донной части фильтров сливается в контактную емкость, а осадок из гидроциклона поступает в емкость (7) для отстаивания осадка, где происходит его уплотнение и отделение декантата. Декантат сливается в канализационную сеть, а сущенный осадок в зумпф (8), оттуда, по мере накопления, вывозится ассенизационннй машиной на свалку.



3.2 Расчет горизонтальной нефтеловушки

Нефтеловушки применяют для механической очистки сточных вод от нефтепродуктов, способных к гравитационному отделению (всплыванию), и от осаждающихся твердых механических примесей. Про-дуктоловушки используются с той же целью для отстаивания из воды некоторых специфических веществ (например, парафина из сточных вод цехов синтетических жирных кислот на нефтехимических предприятиях).

Нефтеловушки проектируются трех типов: горизонтальные, многоярусные (тонкослойные) и радиальные (рис.4).



Рис 4. Горизонтальная нефтеловушка

1 - трубопровод для подачи сточных вод на очистку; 2 - нефтесборная труба; 3-трубопровод для отвода осветленных сточных вод; 4 -гидроэлеватор; 5 - скребковый транспортер левый; 6 - то же, правый; 7 -задвижки с электроприводом во взрывобезопасном исполнении; 8-трубопровод для подачи воды к гидроэлеватору; 9 - трубопровод для отвода осадка.

Горизонтальная нефтеловушка представляет собой отстойник, разделенный продольными стенками на параллельные секции. Сточная вода из отдельно расположенной распределительной камеры по самостоятельным трубопроводам поступает через щелевую перегородку в каждую секцию нефтеловушки. Освобожденная от нефти вода в конце секции проходит под затопленной нефтеудерживающей стенкой и через водослив переливается в отводящий лоток и далее в трубопровод. Для снижения вязкости нефти в зимнее время предусматривается обогрев поверхности жидкости (змеевиком).

Всплывшая нефть по мере ее накопления сгоняется скребковым транспортером к щелевым поворотным трубам и выводится по ним из нефтеловушки. Осадок, выпадающий на дно, тем же транспортером сгребается к приямку, откуда его периодически по илопроводу удаляют через донные клапаны или гидроэлеваторами.

При расчете горизонтальных нефтеловушек руководствуются следующим.

Число секций принимается не менее двух; ширина секции 2--3 м при глубине отстаиваемого слоя воды 1,2--1,5 м и пропускной способности нефтеловушки до 45 л/с; при больших расходах сточной воды принимается ширина секции 6 м и глубина 2 м.

Расчетная продолжительность отстаивания tp должна быть не менее 2 ч.

Скорость движения воды в нефтеловушке принимается 3-10 мм/с; толщина слоя всплывших нефтепродуктов -- 0,1 м; площадь щелей в распределительной перегородке 6--7% ее общей поверхности; общие потери напора в нефтеловушке 0,4-- 0,5 м.

Длинна проточной части нефтеловушки определяется по формуле:

L_н ==6,7 м,

где - скорость движения воды в нефтеловушке; =0,01 м/с;

- поправочный коэффициент, учитывающий вихревые и струйные преобразования вследствие конструктивных особенностей (для горизонтальных нефтеловушек=0,5);

- условная гидравлическая крупность частиц нефтепродуктов, принимаемая равной 0,005 м/с;

- вертикальная турбулентная составляющая, равная 0,05 скорости движения воды в нефтеловушке (= 0,05), м/с.

Требуемый эффект очистки сточных вод от нефтепродуктов определяется по формуле:

где - концентрация нефтепродуктов в воде до нефтеловушки, мг/л;

- концентрация нефтепродуктов после нефтеловушки, мг/л;

Количество улавливаемых нефтепродуктов, т/сутки, определяется по формуле:

=

Где - процент содержания нефти в воде, =70%;

- объемная масса обводненных нефтепродуктов, = 0,95 т/м³.

Требуемый эффект очистки сточных вод от взвешенных веществ определяется по формуле:

где - концентрация взвешенных веществ в воде до нефтеловушки, мг/л;

- концентрация взвешенных веществ после нефтеловушки, мг/л.

Количество улавливаемых взвешенных веществ, т/сутки, определяется по формуле:

=

где - влажность осадка, =95%;

- объемная масса осадка, = 2,65 т/м³.

3.3 Расчет и выбор основного оборудования для стадии коагуляции

Суточный обьем сточныхвод -600м³, часовой обьем - 25 м³.

Баланс воды суточный

Исходная очищаемая вода - 600 м³

Раствор сернокислого железа (10%) - 1,5 м³

Раствор 10% суспензии гидроксида кальция - 2,1 м³
Итого: 603,6 м³

Выходит: очищенная вода - 546,6 м³

осадок (9,5% от суточного объема) 57,0 м³

Итого: - 603,6 м³

Приготовление и дозирование суточного объема 10% раствора сернокислого железа проводят в баке-дозаторе объемом 0,5 м³ снабженном перемешивающим устройством. Для этого 100 кг. сернокислого железа закисного Г0СТ6981-84, активностью-50 % загружают в бак-дозатор, добавляют 0,45 м^З воды и перемешивают раствор до полного растворения соли. Раствор приготавливают по мере его расходования. Скорость подачи сернокислого железа в контактную емкость - 1,04 л/мин.

Приготовление и дозирование 10 % известкового молока проводят аналогично п.4.3.1.

В бак-дозатор загружают 105 кг технической извести (ТУ 6-81-589-76). Активность по кальпию -50 %. Затем добавляют 0,48 м^З воды и перемешивают. Хранение известковово молока осуществляют при постоянном перемешивании. Для лучшего смешения реагентов к бакам-дозаторам подводят воздух.

Воздух также подается в контактную емкость к барботеру для лучшего перемешивания. Ввод воздухопровода принят д-57х^З ГОСТ 10704-91. Подвод воздуха по заданию осуществляет заказчик.

Новую порцию суспензии готовят после ее расходования. Скорость подачи суспензии в контактную емкость - 1,46 л/мин.

...