Обзор и анализ сооружений водоочистки для малых населенных пунктов

Таким образом, при горении осадков имеют место следующие процессы: вода вначале подогревается и испаряется, затем дестиллируются жировые и подобные им вещества; лишь при дальнейшем повышении температуры выделяются газы, ценные в теплотехническом отношении.

На 2. 50 приведена схема установки для сушки и сжигания осадка на крупной очистной станции в г. Мильвоке (США), Станция ежедневно выделяет около 3500 м3 осадка из первичных отстойников и активный избыточный ил из вторичных отстойников после аэротенков. На станции смонтированы три установки для сушки и сжигания осадков.

Вначале осадки обезвоживаются на барабанных вакуум- фильтрах до 80% влажности. Затем до поступления в сушилку они перемешиваются в шнековом смесителе с сухими осадками (влажностью 10%). Полученная таким образом хлопьевидная масса с влажностью 45--50% поднимается вверх и через бункер идет в1 вертикальную трубу «горячую башню». В эту башню поступает перегретый пар из теплообменника с температурой 538° С. Сюда же поступают частицы осадков, отдавая горячему пару часть влаги. Из башни осадки направляются в сушилку или в сушильную мельницу, где одновременно с сушкой производится измельчение осадков. В сушилке частицы осадков, увлекаемых горячим паром, ударяются о подвижные и неподвижные стержни, дробясь при этом на более мелкие части. Это обстоятельство способствует лучшему подсушиванию осадков.

Из сушилки горячий пар, насыщенный осадками, поступает в циклон, где сухие осадки с влажностью 10% выпадают на дно, а пар, освобожденный от осадков, с температурой, пониженной после сушки до 107°С, гонится вентилятором в теплообменник противоточного типа, где вновь подогревается до 538° С.

Из циклона через распределительный бак часть сухих осадков (как уже было отмечено) поступает в смеситель для понижения влажности осадков, поступающих после вакуум-фильтров; основная же масса сжигается в печи, если не может быть использована в качестве удобрения.

Осадки сжигаются при температуре 1370° С в распыленном виде, для чего печи оборудованы специальными горелками для пылевидного топлива.

Топочные газы с температурой 750° С перед выпуском их в трубу проходят сначала теплообменник и золоуловитель.

Излишек водяного пара, образуемого от испарения воды в осадках, периодически отводится из сушилки в печь, где он освобождается от дурно пахнущих газов, сгорающих при температуре свыше 700° С. С этой целью на пути пара из циклона в теплообменник помещен паропровод для отвода избыточного пара с автоматическим регулятором тяги.

Кроме установки, где осадки сжигаются после их предвари-" тельного обезвоживания, имеются установки «мокрого» сжигания, где ликвидация сырого осадка влажностью 93--85% производится сразу же после их выделения из первичных отстойников []. Таким же путем сжигается избыточный активный ил после уплотнения. Подобные установки имеются в штате Огайо (США), в Канаде и в других местах.

В Канаде есть опытная печная установка для «мокрого» сжигания осадков влажностью 89,2%. Печь диаметром 0,6 м, высотой 6 м сжигает распыленные осадки при температуре 760° С. Ежедневно от сжигания 5500 кг сухого осадка получается 180 кг золы.

Следует заметить, что сброженные осадки отличаются большей зольностью, а следовательно, меньшей теплотворной способностью. Последняя в зависимости от содержания беззольных веществ колеблется от 2000 до 5000 ккал/кг.

За последние годы в США появились новые многоподовые печи для сжигания сырого осадка в распыленном виде и кэка. Для этих печей предусмотрена возможность использования отходящих газов мусоросжигательных станций с температурой

Газов 760° С. Такие печи установлены в Детройте, Днрборие, Кемдене, Миниаполнсе.

Экономическая сторона всех печных установок в теплотехническом отношении далеко не изучена. Некоторые установки, где сжигался осадок влажности 90% в распыленном виде, отличались большим расходом топлива, доходящим до 1 кг угля на удаление каждых 8 кг воды. Сами осадки могли компенсировать лишь '/з тепла, необходимого для сжигания.

В США одна машиностроительная фирма предполагает построить печи с семью подами для сжигания 3000 кг осадка в час, содержащего 12% сухих веществ и 70% беззольных примесей.

Теплотворная способность 1 кг беззольных веществ составляет примерно 660 ккал. Для схемы, представленной на 2.50, количество расходуемого тепла равно количеству получаемого тепла при сжигании осадков.

Эксплуатационная стоимость установок для сжигания 1 г сухого вещества колеблется в широких пределах -- от 2 до 10 долларов и больше. Немалое влияние на стоимость оказывает содержание беззольных веществ. Так, по данным городов Детройта, Дирборна и др., при содержании 46% беззольных примесей стоимость эксплуатации равнялась 6 долларам, а при 73,4% беззольных примесей -- 2 долларам.

Следует также иметь в виду, что нормальная эксплуатация подобных установок требует равномерной подачи осадков для сжигания. Учитывая количественные колебания поступления осадков, рекомендуется устройство больших тенков для хранения осадков и обеспечения равномерной работы сжигающих установок. Это обстоятельство особенно важно при общесплавных системах канализации.

1.6 Обеззараживание воды

Природные воды, используемые для питьевого и производственного водоснабжения, должны иметь благоприятные органолептические свойства, быть безвредными по химическому составу и безопасными в санитарно-эпидемиологическом отношении. Перед производителями питьевой воды стоит задача обеспечения ее эпидемической безопасности, т. е. достаточной очистки и обеззараживания.

Следует понимать, что ни один из современных методов обработки воды не обеспечивает 100 % очистки воды от микроорганизмов (наиболее близкими к идеалу остаются только дистилляция и обратный осмос). Но даже если предположить, что система водоподготовки и обеспечит абсолютное удаление из воды всех микроорганизмов, то остается большая вероятность вторичного загрязнения воды при ее транспортировке по трубам распределительной сети, при хранении в емкостях, при контакте с атмосферным воздухом и т. д.

Санитарными нормами и правилами не ставится цель доведения воды по микробиологическим показателям до стерильного качества (отсутствие всех микроорганизмов). Задача состоит в том, чтобы удалить (или инактивировать) наиболее опасные для здоровья человека микроорганизмы.

Основным документом, определяющим гигиенические требования к качеству питьевых вод, является СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

Обеззараживание осуществляется химическими и физическими методами.

Физические методы обеззараживания:

- кипячение;

- ультразвуковое воздействие;

- воздействие электрическим разрядом;

- ультрафиолетовое облучение.

Химические методы обеззараживания:

- обработка воды сильными окислителями: озоном, хлорсодержащими веществами;

- олигодинамия (воздействие ионами тяжелых металлов - серебра, меди и других).

Эффективность обеззараживания воды химическими и физическими методами во многом зависит от свойств воды и биологических особенностей микроорганизмов - их устойчивости к этим воздействиям.

Экономичность (экономическая целесообразность) обеззараживания воды тем или иным методом определяется составом воды, местоположением и мощностью водопроводной станции, стоимостью реагентов и оборудования дезинфекции и финансовой возможностью собственника водопровода.

Краткое описание методов обеззараживания.

Важно понимать - ни один из методов обеззараживания не является универсальным и самым лучшим! Каждый метод обладает своими достоинствами и недостатками.

Кипячение воды при атмосферном давлении в течение 10-12 мин убивает все неспорообразующие микроорганизмы. После охлаждения споры в этой воде прорастут (вторичное загрязнение). Кипячение требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом.

Этот метод используется для обеззараживания малых объемов воды: в быту, полевых условиях, лабораториях, малых водоочистных установках и других подобных случаях.

Ультразвуковое воздействие убивает большинство микроорганизмов при интенсивности излучения не менее 2 Вт/смІ и времени обработки не менее 5 мин. Работа генератора ультразвука требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом.

Этот метод, также как и кипячение, используется для обеззараживания малых объемов воды.

Электрический разряд в воде обладает высоким бактерицидным эффектом. При разряде образуются ударные волны и свободные радикалы, обладающие сильными окисляющими свойствами. В результате происходит гибель большинства микроорганизмов. Электрический разряд в воде требует большой мощности высоковольтного генератора. Поэтому расход электроэнергии составляет около 2 кВтЧч на 1 мі обрабатываемой воды.

Ультрафиолетовое облучение убивает микроорганизмы, но клеточные стенки бактерий, грибков, белковые фрагменты вирусов остаются в воде. УФ излучение требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом. УФ лампы содержат ртуть (класс опасности 1) и требуют специальных мер по утилизации.

Озонирование - самый эффективный и дорогой метод обеззараживания воды, требует большого расхода электроэнергии, больших затрат на приобретение и обслуживание оборудования.

Использование озона для обеззараживания производится в очищенную воду. В этом случае озон будет затрачиваться лишь на дезинфекцию. Если после очистки в воде остались не окисленные соединения (органические загрязнения, не окисленное железо, марганец и т. п.), расход озона значительно возрастет.

Кипячение воды при атмосферном давлении в течение 10-12 мин убивает все неспорообразующие микроорганизмы. После охлаждения споры в этой воде прорастут (вторичное загрязнение). Кипячение требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом.

Этот метод используется для обеззараживания малых объемов воды: в быту, полевых условиях, лабораториях, малых водоочистных установках и других подобных случаях.

Ультразвуковое воздействие убивает большинство микроорганизмов при интенсивности излучения не менее 2 Вт/смІ и времени обработки не менее 5 мин. Работа генератора ультразвука требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом.

Этот метод, также как и кипячение, используется для обеззараживания малых объемов воды.

Электрический разряд в воде обладает высоким бактерицидным эффектом. При разряде образуются ударные волны и свободные радикалы, обладающие сильными окисляющими свойствами. В результате происходит гибель большинства микроорганизмов. Электрический разряд в воде требует большой мощности высоковольтного генератора. Поэтому расход электроэнергии составляет около 2 кВтЧч на 1 мі обрабатываемой воды.

Ультрафиолетовое облучение убивает микроорганизмы, но клеточные стенки бактерий, грибков, белковые фрагменты вирусов остаются в воде. УФ излучение требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом. УФ лампы содержат ртуть (класс опасности 1) и требуют специальных мер по утилизации.

Озонирование - самый эффективный и дорогой метод обеззараживания воды, требует большого расхода электроэнергии, больших затрат на приобретение и обслуживание оборудования.

Использование озона для обеззараживания производится в очищенную воду. В этом случае озон будет затрачиваться лишь на дезинфекцию. Если после очистки в воде остались не окисленные соединения (органические загрязнения, не окисленное железо, марганец и т. п.), расход озона значительно возрастет.

Кипячение воды при атмосферном давлении в течение 10-12 мин убивает все неспорообразующие микроорганизмы. После охлаждения споры в этой воде прорастут (вторичное загрязнение). Кипячение требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом.

Этот метод используется для обеззараживания малых объемов воды: в быту, полевых условиях, лабораториях, малых водоочистных установках и других подобных случаях.

Ультразвуковое воздействие убивает большинство микроорганизмов при интенсивности излучения не менее 2 Вт/смІ и времени обработки не менее 5 мин. Работа генератора ультразвука требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом.

Этот метод, также как и кипячение, используется для обеззараживания малых объемов воды.

Электрический разряд в воде обладает высоким бактерицидным эффектом. При разряде образуются ударные волны и свободные радикалы, обладающие сильными окисляющими свойствами. В результате происходит гибель большинства микроорганизмов. Электрический разряд в воде требует большой мощности высоковольтного генератора. Поэтому расход электроэнергии составляет около 2 кВтЧч на 1 мі обрабатываемой воды.

Ультрафиолетовое облучение убивает микроорганизмы, но клеточные стенки бактерий, грибков, белковые фрагменты вирусов остаются в воде. УФ излучение требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным эффектом. УФ лампы содержат ртуть (класс опасности 1) и требуют специальных мер по утилизации.

Озонирование - самый эффективный и дорогой метод обеззараживания воды, требует большого расхода электроэнергии, больших затрат на приобретение и обслуживание оборудования.

Использование озона для обеззараживания производится в очищенную воду. В этом случае озон будет затрачиваться лишь на дезинфекцию. Если после очистки в воде остались не окисленные соединения (органические загрязнения, не окисленное железо, марганец и т. п.), расход озона значительно возрастет.

В обработанной озоном воде иногда наблюдается рост бактерий, поскольку разложение фенольных групп, входящих в состав гуминовых веществ, способствует активации микроорганизмов, ранее находящихся в подавленном состоянии. Поэтому остаточный озон не всегда гарантирует высокое качество воды по микробиологическим показателям у потребителя. Кроме этого остаточный озон разрушает металлические трубопроводы, особенно стальные, поэтому перед подачей воды в распределительные сети необходимо некоторое время выдержать ее в контактных резервуарах для полного разложения озона. Использовать остаточный озон для защиты воды от вторичных загрязнений в трубопроводе в период транспортирования возможно лишь для труб из материалов, стойких к воздействию озона (некоторые пластмассы, асбестоцемент, бетон и т. д.). Поэтому в воду чаще добавляют хлорсодержащие вещества.

Поскольку озон (класс опасности 1) представляет высокую опасность для персонала, в зале озонаторов и в помещениях распределительных камер должна предусматриваться приточно-вытяжная вентиляция как постоянно действующая, так и аварийная на случай превышения допустимой концентрации озона. Вентиляционные системы автоматизируются на тепловой режим и степень загазованности. Вентиляционное оборудование выполняется во взрывобезопасном варианте.

Пролонгированный (консервирующий) эффект обеспечивается только хлорсодержащими веществами.

Хлор является сильнодействующим ядовитым веществом (класс опасности 2), поэтому его использование требует мероприятий повышенной промышленной безопасности, защиты населения и территорий от последствий возникновения возможных аварий и чрезвычайных ситуаций.

В этой связи предприятия водопроводно-канализационного хозяйства применяют альтернативные способы обеззараживания воды с пролонгированным (консервирующим) эффектом.

Хлорсодержащие вещества для обеззараживания воды: гипохлорит натрия (NaClO) химический и электролитический, гипохлорит кальция (Ca(ClO)₂), диоксид хлора (ClO₂).

Химический гипохлорит натрия марки «А» (класс опасности 3) производится с содержанием активного хлора не менее 190 г/л. При транспортировке и хранении из-за нестойкости продукта происходят потери гипохлорита натрия, главным образом по причине превращения его в более стойкое соединение NaCl (соль).

Электролитический гипохлорит натрия марки «Э» (класс опасности 4) производится с содержанием активного хлора 4-8 г/л. В отличие от химического гипохлорита натрия электролитический гипохлорит получают на месте потребления, и его транспортировка и хранение не требуется.

Гипохлорит кальция санитарно-технический марки «А» (класс опасности 3), представляющий собой порошок белого цвета с резким запахом хлора, производится с содержанием активного хлора не менее 45 %. Гипохлорит кальция при контакте с жидкими маслообразными органическими веществами или пылевидными органическими продуктами может вызвать их возгорание.

Диоксид хлора (класс опасности 1) получают на месте потребления реакцией соляной кислоты с хлоритом натрия NaClO₂. Диоксид хлора более сильный окислитель по сравнению с хлором и может использоваться для удаления запаха, деструкции органических веществ и улучшения вкусовых качеств воды. Однако его использование может привести к образованию побочных продуктов, например хлорита, который является токсичным. Кроме того, стоимость диоксида хлора высока.

Обеззараживание воды ионами тяжелых металлов. Небольшие концентрации ионов тяжелых металлов (серебра, меди, цинка и др.) вызывают гибель находящихся в воде микроорганизмов. Наибольшими бактерицидными свойствами обладает серебро (класс опасности 2). В настоящее время разработаны технологии и устройства для электролитического растворения серебра. Получаемая «серебряная вода» содержит ионы серебра и является эффективным веществом для дезинфекции и консервирования питьевой воды. Но следует учитывать, что серебрение воды, во-первых, дорогой метод обеззараживания, во-вторых, концентрации серебра, которые разрешены действующими нормативами, способны лишь притормозить рост бактерий в воде. Как и большинство тяжелых металлов, серебро медленно выводится из организма и при его постоянном поступлении может накапливаться. При длительном накоплении серебра возможно проявление признаков отравления.

Список использованной литературы

1. Репин Б. Н., Русина О. Н., Афанасьева А. Ф., Биологические пруды для очистки сточных вод пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1977, 208с.

2. Яковлев С. В., Воронков Ю. В., Биологические фильтры. М.: Стройиздат, 1982, 121 с.

3. Яковлев С. В., Корюхина Т. А., Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.: Стройиздат, 200 с.

4. Карелин А. Я., Жуков Д. Д., Журов В. Н., Очистка сточных вод в аэротенках. М.: Стройиздат 1973, 223 с.

5. Аэротенки с турбоаэраторами для очистки сточных вод / А. П. Ломапас, Овсяников В. Г., Дмухайло Е. Н. - Водоснабжение и санитарная техника, 1976, № 11, с. 14 - 16.

6. http://www.findpatent.ru/img_show/879/8790798.html

7. Синев О. П., Дъячук О. В., Компактные установки для биологической очистки сточных вод

8. Гидромелиоративные и гидромеханическиое устройство. Львов. 1988, с.16,83c

9. http://www.findpatent.ru/patent/236/2367620.html

10. http://poleznayamodel.ru/model/12/125188.html

11. Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Под ред. В. Н. Самохина. М.: Стройиздат. 1981, 639 с.

12. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико - технологических прцессов защиты биосферы от промышленных выбросов / Родионов А. И., Кузнецов Ю. П., Зенков В. В., Соловьев Г. С. Учебное пособие для вузов. - М., Химия, 1985г. - 352 с., ил.

13. Ласков Ю. М., Воронов Ю. В., Калицу В. И. Примеры расчетов канализационных сооружений: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1981. - 232 с., ил.

Размещено на Allbest.ru