Гидроциклонная очистка сточных вод фабрики первичной обработки шерсти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидроциклонная очистка сточных вод фабрики первичной обработки шерсти

В Казахстане сохраняется напряженная экологическая обстановка, связанная с неэффективной работой очистных сооружений. Длительная эксплуатация без реконструкции очистных сооружений, часто не имеющих полного комплекса объектов для данного типа сооружений, усугубляет проблему по охране окружающей среды от загрязненных, не прошедших достаточную очистку сточных вод. Многие очистные сооружения устарели морально и физически, требуют капитального ремонта, другие работают с перегрузкой, очистка стоков не соответствует проектным данным 1.

Сегодняшняя ситуация с состоянием природной среды, особенно в регионах с развитой промышленностью, принуждает разрабатывать и вводить в действие все более жесткие нормативы на сброс загрязняющих веществ в окружающую среду. На этом фоне особенно выделяется ряд отраслей промышленности, производящие значительные выбросы различных групп отходов, и в том числе сточных вод с высоким удельным содержанием загрязняющих веществ. Производствами, оказывающими серьезное воздействие на загрязнение природной среды сточными водами, являются предприятия химической, фармацевтической, легкой и пищевой промышленности, а так же машиностроения, которые, в первую очередь, должны быть оборудованы системами оборотного водоснабжения.

В ряде отраслей промышленности 90-95% сточных вод используется в системах оборотного водоснабжения, предназначенных для многократного использования воды в технологических процессах. При оборотном водоснабжении предусматривается очистка сточной воды, охлаждение оборотной воды, обработка и повторное использование сточной воды. Применение оборотного водоснабжения позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды.

Основным направлением уменьшения сброса сточных вод и загрязнения ими гидросферы является создание замкнутых систем водного хозяйства. Под замкнутой системой водного хозяйства промышленного предприятия понимается система, в которой вода используется в производстве многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем.

Создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения - наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды. Для защиты гидросферы от загрязнения применяют различные методы очистки производственных и бытовых сточных вод которые можно разделить на пять групп: механическая, биохимическая (биологическая), физико-химическая, химическая и термическая 2.

Жамбылская «Фабрика ПОШ», бывшая одним из трех крупных предприятий первичной обработки шерсти в Казахстане, в настоящее время является единственным действующим предприятием в этой отрасли на территории республики, тогда как другие аналогичные предприятия в гг. Актобе и Семипалатинск из-за трудностей перехода к рыночным отношениям прекратили свое существование. Выйти из банкротства предприятию удалось в результате раздела на три различные хозяйства: ТОО «Фабрика ПОШ», ТОО «Тараз Жібек Ж?н» и ТОО «Руно».

Основным направлением деятельности ТОО «Фабрика ПОШ» является закупка, обработка и реализация обработанной шерсти. Предприятие способно промыть до 10 тыс. тонн шерсти в год. Это вызывает необходимость использования воды для производственных нужд из подземных горизонтов в очень больших объемах, и, соответственно, сброса загрязненных сточных вод. В процессе промывки шерсти образуются высококонцентрированные сточные воды, количество которых зависит от сорта промываемой шерсти и режима ее промывки. Удельный расход сточных вод на 1 т мытой шерсти составляет 25-40 м3, из которых противоток составляет 40%, полоскание мытой шерсти - 40% и опорожнение барок-20%.

На производственные нужды вода расходуется: для получения пара -120 м3/сут; для мойки шерсти-100 м3/сут; для замены воды первых двух барок-140 м3/сут; для хозяйственно-бытовых нужд. ИТР, рабочих, слесарей-ремонтников, а также для душевых сеток, согласно нормам СНиП 3 (табл.1).

Таблица 1. Водопотребление и водоснабжение ТОО «Фабрика ПОШ»

водный сточный загрязнение фабрика

Использованная для производственных и хозяйственно-бытовых нужд фабрики вода загрязнена жиром, механическими примесями, по своей природе подразделяющиеся на минеральные, органические, бактериальные и биологические и по физическому состоянию в виде нерастворенных примесей, находящихся в воде в виде крупных взвешенных частиц (частицы диаметром более десятых долей миллиметра) и в виде суспензии, эмульсии и пены (частицы диаметром от десятых долей миллиметра до 0,1 мкм), коллоидных частиц диаметром от 0,1 до 0,01 мкм, растворимых частиц, находящихся в виде молекулярно-дисперсных частиц диаметром менее 0,001 мкм.

По данным областного управления охраны окружающей среды при противоточной промывке шерсти с водопотреблением 147 тыс. м3/сут сточные воды ТОО «ПОШ» имеют следующую характеристику представленную в таблице 2.

Согласно этим данным, сточные воды ТОО «ПОШ» характеризуются высоким содержанием взвешенных веществ, несмотря на предварительную очистку.

Таблица 2. Содержание взвешенных веществ, жира и нефтепродуктов в сточных водах АО «ПОШ»

водный сточный загрязнение фабрика

Жиры и масла не допускаются к спуску в водоотводящие сети и в водоемы, так как они, покрывая тонкой пленкой, большие площади водной поверхности, затрудняют доступ кислорода воздуха и тем самым тормозят процессы самоочищения водоема. Кроме того, жиры, содержащиеся в производственных сточных водах, являются сырьем, которое может быть переработано для технических целей. Поэтому сточные воды, содержащие жиры и масла в количестве более 100 мг/л пропускают через жироловушки (табл. 3).

Таблица 3. Характеристика сточных вод ТОО «Фабрика ПОШ»

На ТОО «Фабрика ПОШ» установлены общие жироловушки, рассчитанные на продолжительное пребывание в них жиросодержащей воды.

Диаметр жировых частиц, задерживаемых в жироловушках 0,008-0,1 см, плотность всплываемого жира при 500 С - 0,9 г/см3.

Жиросодержащая сточная вода поступает в распределительный лоток и далее в отстойную часть жироловушки. Для задержания всплывающих веществ служит полузатопленная стенка в конце жироловушки, а для сбораповоротные щелевые трубы, установленные в конце каждой секции. Трубы могут вращаться вокруг своей оси, регулируя этим высоту снимаемого слоя жира.

Для подачи всплывших веществ к щелевым трубам служит автоматизированный механизм с приводом от электродвигателя, смонтированный на подвижной тележке, которая перемещается вдоль секции жироловушки.

Собранная масса поступает по самотечному трубопроводу в приемный резервуар, откуда периодически откачивается во второй резервуар- отстойник, где происходит дальнейшее разделение жира и воды. Выделившаяся вода возвращается в жироловушку, а жир направляется на дальнейшую переработку. Выпадающий в жироловушке осадок сползает в приямок, откуда периодически перекачивается в автоцистерну. Во избежание засорения грязевые трубопроводы периодически продуваются острым паром.

В практике очистки сточных вод с применением напорных гидроциклонов для отделения примесей, вынесенных в верхний слив аппарата с осветленной водой, применяются сетчатые установки (барабанные, центробежные, дуговые, комбинированные), успешно используемые при очистке различных суспензий, с различными методами регенерации фильтрующего полотна, работающие в напорном и безнапорном режимах. Однако анализ существующей литературы по данному вопросу [4] показал, что включение в технологические линии с гидроциклонами дополнительных сооружений существенно усложняет их эксплуатацию, а в ряде случаев приводит к полной замене технологии очистки. Поэтому, для снижения отрицательного эффекта выноса загрязнений циклоном, актуальное значение имеет объединение двух процессов центробежного разделения и фильтрования в одном компактном узле.

В известных конструкциях гидроциклонов с интенсификацией процесса разделения работа фильтрующих элементов предусмотрена в напорном режиме, что при значительных скоростях выхода жидкости из сливного патрубка гидроциклона приводит к ряду существенных недостатков, в целях избежания которых работа фильтрующего элемента наиболее предпочтительна в безнапорном режиме. Кроме этого, учитывая эксплуатацию фильтрующего элемента в условиях нестационарного процесса со случайным характером загрязнения рабочей поверхности, зависящей от концентрации твердого в сливе гидроциклона, необходимо повысить надежность работы аппарата путем предотвращения засорения фильтрующего элемента, облегчив доступ к последнему, обеспечив надежную регенерацию фильтрующей поверхности, беспрепятственный отвод уловленных загрязнений, а также простоту эксплуатации.

Проблемами очистки сточных вод от масло и нефтепродуктов в последние годы активно занимаются ученые России и Казахстана 5-8. Изобретение (RU №2205260) 9 включает соединенный с нефтеприемной ворокной (3) цилиндрический вакуумный гидроциклон (1) (рис. 1).

Рис. 1. Устройство для сбора нефтепродуктов

водный сточный загрязнение фабрика

По центральной оси гидроциклона коаксиально установлены сливной патрубок 5 патрубок легкой фазы 4 и патрубок тяжелой фазы жидкости 6, Сливной патрубок и патрубок легкой фазы жидкости могут иметь насадки 7. При работе устройства нефтепродукты из воронки 3 засасываются в гидроциклон. Из-за тангенциального подвода жидкости 2, в гидроциклоне она принимает вращательное движение и под действием центробежных сил происходит сепарация жидкости по плотности. Более тяжелая фаза жидкости отжимается на периферию гидроциклона и выводится через патрубок 6, тяжелой фазы жидкости. По центральной оси гидроциклона будет вращаться более легкая фаза нефтепродуктов и удаляться из гидроциклона через патрубок легкой фазы жидкости 4,5. Устройство обеспечивает интенсивный отбор нефтепродуктов с поверхности воды и эффективную сепарацию жидкости по плотности.

Изобретение А.И. Гайдукова, И.Ю. Довнар (RU №2233706) [10] предназначено для очистки сточных вод от механических примесей и жиронефтепродуктов (рис. 2).

Рис. 2. Устройство для очистки сточных вод от механических примесей: 1-гидроциклон; 2 - крышка гидроциклона; 4 - цилиндрическая часть; 5- входной патрубок; 6, 13 - сливные патрубки; 7- коническая часть; 15- песковый патрубок; 14-минигидроциклон; 12-цилиндрическая часть мини-гидроциклона; 10,11 - нерабочие объемы; 8,9-шламовая емкость со стержнем.

Аппарат может быть использован на предприятиях легкой и пищевой промышленности. Он содержит цилиндроконический гидроциклон 1 для разделения исходного материала с расположенной в его нижней части шламовой емкостью 8 и осевым калибровочным стержнем 9 и сообщенный с ней через переходный патрубок 3 своей цилиндрической частью 12 цилиндроконического гидроциклона 14.

Гидроциклон для разделения исходного материала снабжен кольцевыми выступами 10,11 установленными на внутренней поверхности его нижней конической части. Ширина колец выступов составляет 0,12-0,2.

Учеными Таразского государственного университета им. М.Х. Дулати (А.А. Абдураманов, А.А. Джумабеков, Е.М. Жангужинов и др.) за последние годы получено более 30 предпатентов и инновационных патентов РК на гидроциклонные жиронефтеловушки. Так, гидроциклонная жиронефтеловушка предварительный патент № 18257 может быть использована для очистки промышленных сточных вод от взвешенных веществ и жиронефтепродуктов (рис. 3).

Рис. 3. Гидроциклонная жиронефтеловушка (Инновационный патент № 20782 КZ)

Гидроциклонная жиронефтеловушка включает в себя гидроциклон с входным, шламовым и сливным патрубками и минигидроциклон. Входной патрубок минигидроциклона выполнен в виде приосевой перфорированной трубы гидроциклона, расположенного внутри сливного патрубка коаксиально. Гидроциклонная жиронефтеловушка проста по конструкции и позволяет

повысить разделяющую способность аппарата на четыре продукции, что дает возможность ее широкого применения [11].

Экспериментальные исследования трехпродуктовых гидроциклонных насосных установок осуществлены в вакуумном условиях.

Размеры элементов экспериментальной установки представлены в таблице 4 и на рисунке 4.

Таблица 4. Размеры элементов экспериментальной установки

Рис. 4. Геометрические размеры трехпродуктового гидроциклона (Предпатент № 15937)

Принятые обозначения: dвс, dнаг - диаметры, соответственно, всасывающего и нагнетательного патрубков базового насоса; Dц, dвх, dсл -диаметры, соответ-ственно, гидроциклона, входного и сливного патрубков гидроциклона; 2а - угол конусности гидроциклона; dсг - диаметр сгустителя; Lл, dл - соответственно, длина и диаметр ловушки; dпер - диаметр отверстий (перфорации); dе, dк.с. - диаметры, соответственно, сопла и камеры смешения.

Геометрические размеры трехпродуктового гидроциклона более полно приведены на рисунке 4. Там, где необходимо знание внутреннего и внешнего диаметров труб, эти величины даны в виде дроби: dвн - внутренний диаметр/ dнар - наружный диаметр.

Перфорация выполнена по всей поверхности кольцевой трубы, в соответствии с рис.4. В процессе проведения исследований, путем последовательного увеличения поверхности закрытой части кольцевой трубы, определялась оптимальная длина перфорированной части. Общая длина перфорированной части кольцевой трубы 185 мм, диаметр перфорации 6 мм. Закрытие перфорации начинается с верхней части.

Эксперименты проводились в два этапа: 1) постановка опытов по разделению сложной гидросмеси (вода + песок + шерстяной жир) на три составляющие компоненты в напорных условиях; 2) исследования по разделению гидросмеси на составляющие компоненты в вакуумных условиях.

Пробы жидкой и твердой фазы из всех шлангов 8, 9 и 22 (рис. 5) одновре-менн. Расход жидкой части измерялся как объемным способом, так и треугольным водосливом Томсона. Анализы твердой фазы проводились весовым и ситовым способами. На втором этапе менялись только консистенции твердой фазы и моторного масла.

Давление на высоте в гидроциклонную камеру изменялось в пределах Рвх=(0,1-0,5) кг/см2 трижды (0,1; 0,3; 0,5 кг/см2), а диаметр пескового отверстия dпес меняли тоже трижды 20мм; 12мм; 6 мм.

В качестве нефтепродукта использовали моторное масло с удельным весом мм = 9•102кг/м3. Разность удельных весов воды и моторного масла Д = 1•101 кг/м3.

Состав твердой фазы, использованный в опытах, представлен на рисунке 5.

Рис. 5. Гранулометрический состав наносов в исходной гидросмеси

водный сточный загрязнение фабрика

Опытные данные показали, что твердые частицы размером более 0,1 мм полностью улавливаются напорным гидроциклоном (рис. 5). В сливной патрубок и в нефтеловушку поступают частицы размером менее 0,1 мм. Коэффициент сгущения твердой фазы по песковому отверстию составляет от 2,1-3,2. Этот коэффициент растет с увеличением консистенции твердой фазы на входе в гидроциклон.

Коэффициент обогащения шерстяной жир в нефтеловушке увеличивается с ростом входного давления гидросмеси, подаваемый в напорный гидроциклон (рис. 6).

Рис. 6. График зависимости

Как видно из графика при диаметре пескового отверстия dпес=12 мм повышение напора до 1,5 м.вст. вызывает обогащение жира в 1,15 раза, тогда как при dпес=20 мм этот показатель значительно выше-1,39. Дальнейшее увеличение Рвх до 6 кПа (Н6,0 м вст.) повышает коэффициент обогащения жира в жироловушке соответственно 1,55 (при dпес=12 мм) и 1,7 (при dпес=20 мм) раза.

Следует отметить, что повышение коэффициента обогащения жироловушки 5 с ростом Рвх соответственно уменьшает выход жиропродуктов в промежуточный продукт 3, что отражено на рисунке 7. Изменение размера пескового отверстия заметно мало влияет на зависимость. При постоянном значении входного давления (Рвх=const) коэффициент обогащения жиропримесей по сливу гидроциклона с ростом отношения падает линейно.

Рис. 7. График зависимости

Это подтверждается результатами наших опытных данных и Р.Н. Шестова (рис. 8).

Опытные данные Р.Н. Шестова получены при разделении гидросмеси «жир+вода» в двухпродуктовом напорном гидроциклоне, расположенном в пространстве устьем конуса вниз.

Из графика видно, что коэффициент обогащения по сливу () уменьшается с увеличением. / .

Ниже переходим ко второму способу обогащения легкой фазы в трехпродуктовом гидроциклоне (рис. 9).

Рис. 9. График зависимостей и

Для проведения опытов на экспериментальном стенде был использован центробежный насос 2к-6 на всасывающей линии которого установлен вакуум-гидроциклон с диаметром цилиндрической части Dц= 140мм. Величина вакуума на входе в насос изменялась от 2,89 м.в.ст. до 4,11 м.в.ст. В результате обработки опытных данных получено, что коэффициент обогащения жироловушки (Енл) увеличивается до 2,3 раза с увеличением Нвх.вак, причем Енл>Епр (рис. 10) для каждого значения Нвх.вак.

Это объясняется тем, что в качестве рабочей струи гидроэлеватора и эжектора используется промежуточный продукт-нагнетаемая центробежным насосом жидкость. Поэтому высокая эффективность работы трехпродуктового гидроциклона по обогащению легкой фазы и сгущению твердой фазы, на всасывающей линии центробежного насоса очевидно. Это дает возможность в технологических схемах по очистке сточных вод в производственных предприятиях легкой промышленности успешно использовать трехпродуктовую вакуумгидроциклонную насосную установку (Предварительный патент №15937 КZ) вместо обычных двухпродуктовых напорных гидроциклонов.

Анализ результатов опытных данных показывает, что количество механических примесей после очистки в предполагаемой трехпродуктовой гидроциклонной установкой уменьшается в десятки раз и составляет 4,5-6,6 процентов от ее исходного содержания (табл. 5, 6).

Таблица 5. Содержание механических примесей и жиропродуктов в сточной воде до ее очистки

Таблица 6. Содержание механических примесей и жиропродуктов в сточной воде после ее очистки трехпродуктовой гидроциклонной установкой

Содержание жиропродуктов с сливе гидроциклоне уменьшается 10-15 раз от первоначального содержания на входе в аппарат и составил 7,0-8,1 процентов.

Заключение

водный сточный загрязнение фабрика

1. Результаты натурных обследований промышленных предприятий региона показали, что использование воды для охлаждения по масштабам значительно превосходит все остальные виды водопотребления (до 75%), причем удельный вес этой категории в общем объеме производственного водоснабжения продолжает расти. Существенное повышение эффективности используемого оборудования, обеспечивающего значительное снижение водопотребления и энергопотребления на производство продукции, возможно в первую очередь за счет интенсификации процессов теплообмена.

2. В перспективе внедрение замкнутых систем приведет к полному исключению попадания загрязнений со сточными водами и окружающую среду и практически полному прекращению потребления свежей воды на технические нужды. Для восполнения безвозвратных потерь будут использоваться очищенные ливневые, дренажные и особенно хозяйственно-бытовые сточные воды. Процесс перехода на такие замкнутые системы по техническим, экономическим и другим причинам потребует значительного времени.

3. Разработаны, изготовлены и исследованы гидроциклонные шламожиро-нефтеловушки (Предпатент №15805 КZ и №15937 КZ) для очистки оборотных сточных вод. Представлены графики зависимостей коэффициентов сгущения шлама через песковое отверстие , обогащения легкой фазы в жиронефтеловушке и другие технологические параметры. Предложены технологические схемы очистки оборотных сточных вод, где показана эффективность применения вакуумгидроциклонных насосных установок вместо традиционных напорных гидроциклонов, расположенных на нагнетальной линии базового насоса.

4. Разработана, изготовлена, исследована новая конструкция вакуум-и мано-гидроциклонной насосной установки (Инновационный патент №20781 КZ), которая способна осуществлять разделение трехкомпонентной среды по составляющим (шлам+жиропродукты+вода). Описаны параметры относительных расходов, абсолютного значения давлений, консистенции наносов (шламов) по разгрузочным отверстиям гидроциклона и минигидроциклона; исследован режим работы вакуум-и маногидроциклонной насосной шламожироловушки.

Литература

водный сточный загрязнение фабрика

1.Управление водными ресурсами в Казахстане: анализ, современное состояние, сравнения рекомендации. Информационно - аналитический обзор независимых экспертов. - Алматы, 2007, - 2008с.

2.Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. - М., 2006,- 243с.

3.СНиП 2.06.05-85* «Охрана окружающей среды».- М., Союзпроект, 1987, -58 с.

4.Инновационный патент №20981 КZ, Фильтроциклон-флотатор. Бюл. №3,2009 // А. Абдураманов, М. Карисв, А. Джумабеков, И.Алиев, А. Абдуова.

5.Яковлев С.В., Воронов Ю.В., Водоотведение и очистка сточных вод. Под. редакцией Ю.В.Воронова. М., Издательство АСВ, 2004,- 704с.

Размещено на Allbest.ru