Охрана атмосферы

70

60

40

20

Нефтепродукты

--

200

180

20

В таблицах даны показатели количества загрязняющих веществ в конкретном створе реки. Для определения концентрации загрязнений необходимо знать расход воды в реке.

Таким образом, совершенно очевидно, что для предотвращения загрязнения поверхностных водоемов производственными сточными водами и поверхностным стоком с производственных территорий необходима эффективная очистка стоков от всех вредных веществ, способных сделать воду поверхностных водоемов непригодной для различных целей водопользования. Для сохранения качества воды поверхностных водоемов разработаны условия выпуска производственных сточных вод. Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются хозяйственной значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое изменение состава воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и возможностях дальнейшего использования в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.

Условия выпуска производственных сточных вод в водоемы регламентируются “Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами” и “Правилами санитарной охраны прибрежных районов морей” Министерства здравоохранения СССР, содержащими указания по предотвращению и устранению загрязнения производственными сточными водами поверхностных водоемов -- рек, озер, искусственных каналов, водохранилищ и морей.

Наблюдение за санитарным состоянием водоемов и соблюдением условий выпуска производственных сточных вод осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями. Порядок осуществления контроля качества воды поверхностных водоемов определяется сезонными колебаниями состава воды и характером их хозяйственного использования. Контроль заключается в периодических комплексных обследованиях водоемов и в химических, микробиологических и гидробиологических анализах образцов воды. Число пунктов отбора и количество отобранных проб определяется в соответствии с гидрологическими особенностями водоема и расположением источников загрязнения.

В отобранных образцах воды определяются следующие показатели: температура, прозрачность, запах, рН, содержание взвешенных веществ и их зольность, сухого остатка и его зольность, жесткость, щелочность, содержание растворенного кислорода, окисляемость, БПК, ХПК, содержание общего железа, кальция, азота, аммонийных солей, нитритов, нитратов, сульфатов, фосфатов, хлоридов. Кроме того, в соответствии с местными условиями производится анализ на содержание специфических компонентов производственных сточных вод -- металлов, нефтепродуктов, пестицидов.

Микробиологические и гидробиологические анализы дополняют данные о химическом составе и характеризуют степень эпидемиологической опасности и эффект воздействия сбросов производственных сточных вод на экосистему водоемов. Содержание вредных веществ в воде водоемов и в производственных стоках нормируется на основе определения предельно допустимых концентраций (ПДК) -- основного гигиенического критерия качества воды водоемов, используемого органами Государственного контроля. ПДК -- это максимальные концентрации, при которых вещества не оказывают прямого или опосредованного влияния на состояние здоровья населения и не ухудшают гигиенических условий водопользования.

ПДК устанавливаются на основе определения влияния веществ на организм человека с учетом различных признаков вредности (токсичности, изменения органолептических свойств воды и санитарного режима водоемов). ПДК для используемого вещества устанавливается по тому признаку вредности, при котором концентрация этого вещества наименьшая, и этот признак устанавливается для данного вещества лимитирующим.

В нашей стране ПДК приняты как основной норматив, служащий для предупредительного и текущего санитарного надзора. Соблюдение этого норматива на практике способствует сохранению воды поверхностных водоемов, пригодной для быта и отдыха населения. Это -- основной критерий эффективности разрабатываемых и проводимых водоохранных мероприятий, основа расчета предельно допустимого сброса предприятий (ПДС), основа прогноза качества воды при развитии промышленности в новых осваиваемых районах.

Нормативные качества воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Правила устанавливают нормативы качества воды для водоемов по двум видам водопользования: к первому виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второму виду -- участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов.

Отнесение водоемов к тому или иному виду водопользования производится органами Государственного санитарного надзора с учетом перспектив использования водоемов. Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания и организованного отдыха, территория населенного пункта и т.д.), а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта водопользования.

Для каждого из двух видов водопользования правилами установлены приведенные ниже показатели состава воды водоема в пунктах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Растворенный кислород. В воде водоема (после смешения с ней сточных вод) количество растворенного кислорода не должно быть менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня.

Биохимическая потребность в кислороде. Полная потребность воды в кислороде при температуре 20°С не должна превышать 3 и 6 мг/л для водоемов соответственно первого и второго вида, а также морей.

Взвешенные вещества. Содержание взвешенных веществ в воде водоема после спуска сточных вод не должно увеличиваться более чем на 0,25 и 0,75 мг/л для водоемов соответственно первого и второго вида. Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/л природных минеральных веществ, допускается увеличение концентрации взвешенных веществ в воде до 5%. Сточные воды, содержащие взвешенные вещества со скоростью осаждения более 0,4 мм/с для проточных водоемов и более 0,2 мм/с для водохранилищ, спускать запрещается.

Запахи и привкусы. Вода не должна приобретать запахов и привкусов интенсивностью более 3 баллов для морей и 2 баллов, обнаруживаемых для водоемов первого вида непосредственно или при последующем хлорировании и для водоемов второго вида непосредственно. Вода не должна сообщать посторонних запахов и привкусов мясу рыбы.

Окраска. В столбике воды высотой 20 см для водоемов первого вида и 10 см для водоемов второго вида и морей окраска не должна обнаруживаться.

Реакция воды. После смешения со сточными водами реакция воды водоема должна быть 6,5рН8,5.

Ядовитые вещества. Концентрация ядовитых веществ не должна оказывать прямое или косвенное вредное действие на здоровье населения.

Плавающие примеси. Сточные воды не должны содержать минеральных масел и других плавающих веществ в таких количествах, которые способны образовать на поверхности водоема пленки, пятна и скопления.

Возбудители заболеваний. В воде водоемов не должно быть возбудителей заболеваний. Сточные воды, содержащие возбудители заболеваний, должны подвергаться обеззараживанию после предварительной очистки. Методы обеззараживания биологически очищенных сточных вод должны обеспечивать коли-индекс не более 1000 при содержании остаточного хлора не менее 1,5 мг/л. Коли-индекс для морской воды должен быть согласован с органами Государственного санитарного надзора.

Минеральный состав. Для водоемов первого вида минеральный состав не должен превышать по плотному остатку 1000 мг/л, в том числе хлоридов 350 мг/л и сульфатов 500 мг/л, а для водоемов второго вида состав нормируется по приведенному выше показателю “Привкусы”.

Температура. В результате спуска в водоем сточных вод температура воды в нем не должна повышаться летом более чем на 3° по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет.

Нормативы качества воды водоемов, используемых в рыбохозяйственных целях. Эти нормативы установлены применительно к двум видам водопользования: к первому виду относятся водоемы, используемые для воспроизводства и сохранения ценных сортов рыб; ко второму -- водоемы, используемые для всех других рыбохозяйственных целей. Вид рыбохозяйственного использования водоема определяется органами Рыбоохраны с учетом перспективного развития рыбного хозяйства и промысла. Нормативы состава и свойств воды водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей, в зависимости от местных условий могут относиться к району выпуска сточных вод при быстром смешении их с водой водоема или к району ниже выпуска сточных вод с учетом возможной степени их смешения и разбавления на участке от места выпуска до ближайшей границы рыбохозяйственного участка водоема. На участках массового нереста и нагула рыб выпуск сточных вод не разрешается. При выпуске сточных вод в рыбохозяйственные водоемы предъявляются более высокие требования, чем при выпуске сточных вод в водоемы, используемые для питьевых и культурно-бытовых нужд населения.

Растворенный кислород. В зимний период количество растворенного кислорода не должно быть ниже 6 и 4 мг/л для водоемов соответственно первого и второго вида, в летний период -- не ниже 6 мг/л в пробе, отобранной до 12 ч дня для всех водоемов.

Биохимическая потребность в кислороде. БПК_полн при температуре 20 °С не должна превышать 3 мг/л в водоемах обоих видов. Если в зимний период содержание растворенного кислорода в воде водоемов первого и второго вида водопользования снижается соответственно до 6 и 4 мг/л, то можно допустить сброс в них только тех сточных вод, которые не изменяют ВПК воды.

Ядовитые вещества. Концентрация ядовитых веществ не должна оказывать прямое или косвенное вредное действие на рыб и водные организмы, служащие кормом для рыб.

Температура. В результате спуска в водоем сточных вод температура воды в нем не должна повышаться в летний период более чем на 3°, а в зимний более чем на 5°. Следует учитывать, что с повышением температуры восприимчивость организмов к токсичным веществам увеличивается.

Предельно допустимые концентрации радиоактивных веществ в воде водоемов регламентируются “Санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений”.

Большое внимание в последние годы уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии 300 м в сторону от этих границ. При использовании прибрежных районов морей в качестве приемника производственных сточных вод содержание вредных веществ в морях не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологическому, общесанитарному и органолептическому лимитирующим показателям вредности. При этом требования к спуску сточных дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный, оздоровительный, культурно-бытовой и гигиенический фактор. Правила относятся не к морю вообще, а к только к тем прибрежным его районам, которые предназначены для лечения, отдыха, купания, спортивных мероприятий и находятся в пределах границ населенных пунктов, санаториев, домов отдыха, туристических баз и пр.

Состав и свойства воды поверхностных водоемов в пунктах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования не должны превышать нормативы, изложенные в приложении 1 к “Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами” и в перечне “Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования” (1983).

Основы нормирования в санитарной охране водоемов базируются на ПДК отдельных вредных веществ, поступающих в водоемы со сточными водами. Практически же в их составе после соответствующей очистки при спуске в водоемы содержатся десятки различных вредных веществ, совместное присутствие которых может взаимно усиливать вредное воздействие.

С.Н. Черкинским была предложена методика расчета условий спуска производственных сточных вод при совместном присутствии в них нескольких вредных веществ. В соответствии с этой методикой сумма концентраций всех веществ (нормируемых по одному признаку вредности), выраженных в долях от соответствующих ПДК для каждого вещества в отдельности, не должна превышать единицы.

В соответствии с новыми разработками ПДК и ОБУВ лимитирующий признак вредности учитывается при совместном содержании нескольких вредных веществ в воде. В случае присутствия в воде веществ 1-го и 2-го класса опасности рассчитывается суммарный показатель (по методике С.Н. Черкинского) по формуле:

или

,

где С₁, С₂, …, С_i -- концентрации веществ 1-го и 2-го класса опасности в воде водоема;

С_1п.д., С_2п.д., ..., С_iп.д. -- ПДК, установленные для соответствующих веществ в воде водоема.

Если при расчете условие формулы не соблюдается, то санитарное состояние водоема не удовлетворяет нормативным требованиям и необходимо осуществить мероприятия по повышению эффективности очистки производственных сточных вод перед их спуском в водоем.

Все расчеты по определению условий спуска сточных вод в водоем следует производить для самых невыгодных гидрологических условий:

- для незарегулированных рек -- на средний расход наиболее маловодного месяца гидрологического года 95%-ной обеспеченности;

- для нижних бьефов зарегулированных рек -- на минимальный гарантированный пропуск гидроузла;

- для озер и водохранилищ -- при наименьших уровнях воды в них;

- для морей, озер, водохранилищ -- при наиболее неблагоприятном направлении течений к ближайшему пункту водопользования.

Условия спуска сточных вод в водоемы, изложенные в Правилах, распространяются на все объекты канализования независимо от их ведомственной подчиненности.

7. Очистка сточных вод от суспензий и взвесей

При выборе способов и технологического оборудования для очистки сточных вод от примесей необходимо учитывать, что заданные эффективность и надежность работы любого очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентраций примесей и расходов сточной воды. Например, залповые сбросы отработанных технологических растворов в термических, травильных и гальванических цехах вызывают существенное увеличение концентрации тяжелых металлов в сточных водах на входе в очистные сооружения. Быстрое таяние снега, а также интенсивные дожди вызывают существенное увеличение расхода поверхностных сточных вод на входе в очистные сооружения.

Для обеспечения нормальной эксплуатации очистных сооружений в указанных случаях необходимо усреднение концентрации примесей или расхода сточной воды, а в некоторых случаях и по обоим показателям одновременно. С этой целью на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор и расчет которых определяются характеристиками залповых сбросов. Например, методика расчета усреднителей концентрации примесей, заключающегося в определении объема усреднителя, зависит от значения коэффициента подавления

,

где С_max -- максимальная концентрация примесей в залповых сбросах сточной воды;

С_ср -- средняя концентрация примесей в сточной воде на входе в очистные устройства;

С_д -- допустимая концентрация примесей в сточной воде, при которой обеспечивается нормальная эксплуатация очистных сооружений.

При объем усреднителя определяют по формуле

,

где -- превышение расхода сточных вод при залповом сбросе;

-- продолжительность залпового сброса.

При объем усреднителя определяют по формуле

.

После расчета объема усреднителя выбирают необходимое число секций, исходя из условия

,

где Н -- высота секции усреднителя;

=0,0025 м/с -- допустимая скорость движения сточной воды в усреднителе.

Существует большое количество способов очистки сточных вод и различные виды их классификации. Выбор необходимых способов при проектировании станций очистки, как правило, основывается на виде и концентрации преобладающих примесей сточных вод, а именно механических (взвешенных), растворенных и органических. В данном вопросе рассматривается очистка сточных вод только от суспензий и взвесей.

Очистка сточных вод от твердых частиц в зависимости от их свойств, концентрации и фракционного состава на предприятиях осуществляется методами процеживания, отстаивания, отделения твердых частиц в поле действия центробежных сил и фильтрования.

Процеживание -- первичная стадия очистки сточных вод -- предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования. Процеживание сточных вод осуществляется пропусканием воды через решетки и волокноуловители. Решетки, изготовленные из металлических стержней с зазором между ними 5 - 25 мм, устанавливают в коллекторах сточных вод вертикально или под углом 60 - 70° к горизонту. Размеры поперечного сечения решеток выбирают из условия минимальных потерь давления потока на решетке. Скорость сточной воды в зазоре между стержнями решетки не должна превышать значений 0,8 - 1,0 м/с при максимальном расходе сточных вод. Расчет решеток сводится к определению числа зазоров n, ширины решетки B и потерь напора сточной воды на ней по формулам:

,

где Q_V -- объемный расход сточной воды;

b -- ширина прозора;

H -- глубина коллектора;

-- скорость движения сточной воды в прозорах;

,

где -- толщина стержня;

,

где -- скорость в канале перед решеткой (=0,7 - 0,8 м/с);

k -- коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления решетки в процессе осаждения в ее зазорах примесей сточных вод, принимается равным 2 - 3;

-- коэффициент местного сопротивления решеток;

;

-- коэффициент, характеризующий форму поперечного сечения стержней решетки: для круглых стержней равно 1,79; прямоугольных -- 2,42; овальных -- 1,83;

-- угол наклона решетки к горизонту.

При эксплуатации решетки должны непрерывно очищаться, что осуществляется, как правило, механически, и лишь при задержании примесей в количествах менее 0,0042 м³/ч допускается ручная очистка. Промышленность выпускает вертикальные решетки марки РММВ-1000, применяемые при ширине и глубине коллектора, равных 1000 мм, а также наклонные решетки марок МГ98, МГ98, используемые при ширине коллектора, равной 800 (1600) мм, и глубине 1200 (2000) мм. Эти решетки очищают от задерживаемых примесей механически с помощью вертикальных (РММВ-1000) и поворотных граблей. В зависимости от состава примеси, снятые с решеток, измельчают на специальных дробилках и сбрасывают в поток сточной воды за решеткой или направляют на переработку. Однако эта процедура усложняет технологическую схему очистки сточных вод и ухудшает качество воздушной среды в помещениях очистных станций. Для устранения этих недостатков применяют решетки-дробилки, измельчающие задержанные примеси, не извлекая, их из воды. Промышленность выпускает решетки-дробилки марок РД-200 и РД-600 с диаметром барабанов соответственно 200 и 600 мм. Средний размер измельченных ими примесей не превышает 10 мм.

Отстаивание основано на особенностях процесса осаждения твердых частиц в жидкости. При этом может иметь место свободное осаждение неслипающихся частиц, сохранивших свои формы и размеры, и осаждение частиц, склонных к коагулированию и изменяющих при этом свою форму и размеры. Закономерности свободного осаждения частиц практически сохраняются при объемной концентрации осаждающихся частиц до 1%, что соответствует их массовой концентрации не более 2,6 кг/м³ (для частиц с =2600 кг/м³).

Расчет очистных сооружений для отстаивания сточных вод требует определения скорости осаждения (скорости витания) твердых частиц в жидкости. Скорость осаждения может быть получена решением уравнения Стокса для движения сферической частицы в жидкости с учетом влияния силы гидравлического сопротивления, массовых сил и силы Архимеда:



Это уравнение справедливо для ламинарного режима движения (осаждения) частицы в жидкости. С увеличением размеров частиц скорости их осаждения возрастают и ламинарный режим течения нарушается. Для крупных частиц (d_ч>1мм) скорость осаждения определяется по формуле Риттенгера

где k -- коэффициент, зависящий от формы и состояния поверхности частиц.

Экспериментальные исследования показали, что в зависимости от вида частиц, их формы, размеров и состояния поверхности величина коэффициента k составляет 1,2...2,3.

Очистку сточных вод отстаиванием осуществляют в песколовках и отстойниках. Песколовки применяют для выделения частиц песка (стоки литейных цехов), окалины (стоки кузнечно-прессовых и прокатных цехов) и т.д. В зависимости от направления движения сточной воды песколовки делят на горизонтальные с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые песколовки.

В горизонтальной песколовки с прямолинейным движением сточной воды, вода поступает в песколовку через входной патрубок. Оседающие в процессе движения воды твердые частицы скапливаются в шламосборнике и на дне песколовки, а очищенная сточная вода через выходной патрубок направляется для дальнейшей обработки. Удаление осадка из песколовок осуществляют, как правило, ежесуточно. Глубину h₁ выбирают из условия

:

где -- время движения воды в песколовке, составляет обычно 30...100 с.

Длину песколовки определяют по формуле

,

где =0,15...0,3 м/с -- скорость движения воды в песколовке;

k=1,3...1,7 -- коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и неравномерности скоростей движения сточной воды в песколовке.

Ширину В песколовки определяют с учетом реализации заданного расхода сточных вод (Q);

,

где n -- число секций в песколовке.

Расчет вертикальных песколовок заключается в определении требуемой ее глубины

в предположении

,

где =0,03...0,04 м/с -- вертикальная составляющая скорости движения воды; время пребывания сточной воды в песколовке для практических расчетов принимают 120 с.

Для разделения твердых частиц по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки, в состав которых входят входная труба, воздуховод, воздухораспределители, выходная труба, шламосборник с отверстием для удаления шлама. Крупные фракции осаждаются, как и в горизонтальных песколовках. Мелкие же частицы, обволакиваясь пузырьками воздуха, всплывают наверх и с помощью скребковых механизмов удаляются с поверхности. Длина таких песколовок

.

Время пребывания сточной воды в песколовке составляет 30...90 с, =0,l...0,2 м/с, удельный расход аэрируемого воздуха 0,00083...0,0014 м³/(м²*с).

Отстойники используют для выделения из сточных вод твердых частиц размером менее 0,25 мм. По направлению движения сточной воды в отстойниках последние делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные.

При расчете отстойников определяют его длину и высоту. Существует несколько методов расчета длины отстойников, отличающихся физической моделью течения жидкости в нем с учетом завихрений жидкости, осаждения частиц и т.п.

Расчетная схема горизонтального отстойника, предложенная А. И. Жуковым. Здесь отстойник по длине разбит на три зоны: в первой зоне длиной l₁ наблюдается неравномерное распределение скоростей по глубине потока. Длина этой зоны

,

где h_o -- высота движущегося слоя в начале отстойника, принимается равной 0,25 Н; k= (0,018 - 0,02).

Во второй зоне длиной l₂ скорость потока считается постоянной. При движении в этой зоне большая часть частиц загрязнений должна осесть в иловую часть отстойника, поэтому

,

где h₁ -- максимально возможная высота подъема частицы в первой зоне.

В третьей зоне длиной l₃ скорость потока увеличивается, и условия осаждения частиц ухудшаются. Длина этой зоны определяется по формуле

,

где -- угол сужения потока жидкости в выходной части отстойника, принимается равным 25 - 30°.

Для расчета длины отстойника

L=l₁+l₂+l₃

должны быть заданы: расход сточной воды и геометрические размеры поперечного сечения отстойника.

Схема вертикального отстойника. В нем очищаемая сточная вода поступает по трубопроводу в кольцевую зону, образованную цилиндрической перегородкой и корпусом отстойника. В процессе вертикального движения сточная вода встречает на своем пути отражательное кольцо, направляющее поток воды во внутреннюю полость перегородки, а твердые частицы оседают в шламосборник. Очищенная сточная вода поступает в кольцевой водосборник и через трубопровод выводится из отстойника. Осадок, скапливающийся в шламосборнике, периодически удаляется из него через трубопровод. При заданном расходе очищаемой сточной воды геометрические размеры отстойника выбирают таким образом, чтобы скорость движения сточной воды в кольцевой зоне не превышала скорость оседания твердых частиц в воде. Вертикальные отстойники используют для выделения окалины из сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов.

Широкое применение для очистки производственных сточных вод на больших заводах находят радиальные отстойники, обладающие высокой производительностью. Очищаемая сточная вода по входному патрубку с расширяющимся диаметром сечения на выходе поступает в отстойник и движется в радиальном направлении. Увеличение выходного диаметра патрубка обеспечивает при заданном расходе уменьшение скорости истечения сточной воды из трубопровода и, следовательно, увеличение вероятности ламинарного осаждения твердых частиц в отстойнике. Очищенная сточная вода по отводящим трубопроводам направляется для дальнейшей обработки, а шлам направляется в шламосборник вращающимся скребком и через канал периодически удаляется из отстойника. Диаметр отстойника рассчитывают по скорости осаждения наиболее мелких твердых частиц , задерживаемых в отстойнике

.

На промышленных предприятиях используют радиальные отстойники конструкции ВНИИ ВОДГЕО производительностью 0,2...0,362 м³/с.

Отделение твердых примесей в поле действия центробежных сил осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Открытые гидроциклоны применяют для отделения из сточных вод крупных твердых частиц со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Преимущества открытых гидроциклонов перед напорными -- большая производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5кПа. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от характеристик примесей (вида материала, размеров и формы частиц и др.), а также от конструкционных и геометрических характеристик самого гидроциклона.

Схема открытого гидроциклона. Он состоит из входного патрубка, кольцевого водослива, трубы для отвода очищенной воды и шламоотводящей трубы. Кроме указанной схемы известны гидроциклоны с нижним отводом очищенной воды и циклоны с внутренней цилиндрической перегородкой.

Производительность открытого гидроциклона

Q_V=0.785*qD²,

где D -- диаметр цилиндрической части гидроциклона;

q -- удельный расход воды, определяемый по формуле ; для открытых гидроциклонов с внутренней цилиндрической перегородкой .

При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуются следующие значения геометрических характеристик: D=2...l0 м; высота цилиндрической части H=D; диаметр входного отверстия d=0,1D (при одном отверстии), при двух входных отверстиях d=0,0707D; угол конической части =60°.

Напорные гидроциклоны по конструкции аналогичны циклонам для очистки газов от твердых частиц. Их производительность определяют по формуле

,

где k -- коэффициент, зависящий от условий входа сточной воды в гидроциклон; для гидроциклонов с диаметром D цилиндрической части 0,125...0,6 м и углом конической части 30° значение k=0,524;

-- перепад давлений воды в гидроциклоне;

-- плотность очищаемой сточной воды.

Фильтрование сточных вод предназначено для очистки их от тонкодисперсных твердых примесей с небольшой концентрацией. Процесс фильтрования применяется также после физико-химических и биологических методов очистки, так как некоторые из этих методов сопровождаются выделением в очищаемую жидкость механических загрязнений. Для очистки сточных вод предприятий используют два класса фильтров: зернистые, в которых очищаемую жидкость пропускают через насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовлены из связанных пористых материалов.

В зернистых фильтрах широко используют в качестве фильтроматериалов кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т.п. Зернистые фильтры изготавливают однослойными и многослойными.

Схема каркасно-насыпного фильтра. Очищаемая сточная вода поступает по коллектору и через отверстия в нем равномерно распределяется по сечению фильтра. Нисходящий поток сточной воды проходит через слои гравия и песка, через перфорированное днище, установленное на поддерживающем слое гравия и через трубопровод отводится из фильтра. Регенерацию фильтра осуществляют продувкой сжатого воздуха, подаваемого в фильтр по трубопроводу, с последующей обратной промывкой водой через вентиль. Скорость фильтрования в данном фильтре составляет 0,0014...0,002 м/с для сточной воды, поступающей в фильтр из циклона или отстойника; для сточной воды, поступающей в фильтр после биологической очистки, -- не более 0,0028 м/с.

Схема зернистого фильтра для очистки больших расходов сточных вод от твердых примесей. Сточная вода по трубопроводу поступает в корпус фильтра и проходит через фильтровальную загрузку из частиц мраморной крошки, шунгизита и т.п. расположенную между пористыми перегородками. Очищенная от твердых частиц сточная вода скапливается в объеме, ограниченном пористой перегородкой, и выводится из фильтра через трубопровод. По мере осаждения твердых частиц в фильтровальном материале перепад давления на фильтре увеличивается и при достижении предельного значения перекрывается входной трубопровод и по трубопроводу подается сжатый воздух, вытесняя из фильтровального слоя воду и твердые частицы в желоб, которые через трубопроводы и выводятся из фильтра. Достоинством конструкции фильтра являются развитая поверхность фильтрования, простота и высокая эффективность.

Для очистки сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов от ферромагнитных примесей применяют электромагнитные фильтры, в которых используют пондермоторные силы взаимодействия между намагниченной фильтровальной загрузкой и ферромагнитными примесями сточной воды. Исходная сточная вода через трубопровод поступает в корпус из немагнитного материала, проходит через ограничительную решетку, фильтровальную загрузку из ферромагнитных частиц с толщиной слоя 0,15...0,2 м; опорную решетку и выводится из фильтра по трубопроводу. Намагничивание фильтровальной загрузки осуществляют магнитным полем, создаваемым катушкой индуктивности с ферромагнитным сердечником. Эффективность очистки сточных вод от ферромагнит ных и немагнитных примесей составляет соответственно 95...98 и 40...60%. Регенерацию фильтра осуществляют при выключенном электромагнитном поле неочищенной сточной водой в направлении фильтрования или в обратном направлении чистой водой.

Очистка сточных вод от маслопродуктов в зависимости от их состава и концентрации осуществляется на предприятиях отстаиванием, обработкой в гидроциклонах, флотацией и фильтрованием.

Отстаивание основано на закономерностях всплывания маслопродуктов в воде по тем же законам, что и осаждение твердых частиц. Процесс отстаивания осуществляется в отстойниках и маслоловушках. При проектировании очистных сооружений предусматривают использование отстойников как для осаждения твердых частиц, так и для всплывания маслопродуктов. При этом расчет длины отстойника проводят по скорости осаждения твердых частиц и по скорости всплывания маслопродуктов и принимают максимальное из двух значений.

Конструкция маслоловушек аналогична конструкции горизонтального отстойника. При среднем времени пребывания сточной воды в маслоловушке, равном двум часам, скорость ее движения составляет 0,003...0,008 м/с. В результате отстаивания маслопродукты, содержащиеся в воде, всплывают на поверхность, откуда удаляются маслосборным устройством. Для расчета маслоловушек необходимо знать скорость всплывания маслопродуктов, которую определяют по формуле

,

и расход сточной воды. Тогда расчет сводится к определению геометрических размеров ловушки и времени отстаивания сточной воды.

Для очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод предприятий, например стоков охлаждающих жидкостей металлорежущих станков, широко применяют обработку сточных вод специальными реагентами, способствующими коагуляции примесей в эмульсиях. В качестве реагентов используют Na₂C0₃, H₂SO₄, NaCl, Al₂(S0₄)₃, смесь NaCl и Al₂(S0₄)₃ и др.

Отделение маслопродуктов в поле действия центробежных сил осуществляют в напорных гидроциклонах. При этом целесообразнее использовать напорный гидроциклон для одновременного выделения и твердых частиц и маслопродуктов, что необходимо учитывать в конструкции гидроциклона.

Схема напорного гидроциклона, предназначенного для очистки сточной воды от металлической окалины и масла. Исходная сточная вода через установленный тангенциально по отношению к корпусу гидроциклона входной трубопровод поступает в гидроциклон. Вследствие закручивания потока сточной воды твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и стекают в шламосборник, откуда периодически удаляются. Сточная вода с содержащимися в ней маслопродуктами движется вверх, при этом вследствие меньшей плотности маслопродуктов они концентрируются в ядре закрученного потока, который поступает в приемную камеру, и через трубопровод выводятся из гидроциклона для последующей утилизации. Сточная вода, очищенная от твердых частиц и маслопродуктов, скапливается в камере, откуда через трубопровод отводится для дальнейшей очистки. Регулируемое гидравлическое сопротивление предназначено для выпуска воздуха, концентрирующегося в ядре закрученного потока очищаемой сточной воды. Указанные гидроциклоны используют для очистки сточных вод сортопрокатного цеха с концентрацией твердых частиц и маслопродуктов соответственно 0,13...0,16 и 0,01...0,015 кг/м^З и эффективностью их очистки около 0,70 и 0,50. При расходе очищаемой сточной воды 5 м³/час перепад давлений в гидроциклоне составляет 0,1 МПа.

Очистка сточных вод от маслопримесей флотацией заключается в интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса лежит молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодиспергированного в воде воздуха. Образование агрегатов “частица -- пузырьки воздуха” зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия находящихся в воде веществ, избыточного давления воздуха в сточной воде и т.п.

В зависимости от способа образования пузырьков воздуха различают несколько видов флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, биологическую, электрофлотацию и т.д.

Схема флотационной пневматической установки, предназначенной для очистки сточных вод от маслопродуктов, поверхностно-активных и органических веществ, а также от взвешенных частиц малых размеров. Исходная сточная вода по трубопроводу и отверстия в нем равномерно поступает во флотатор. Одновременно по трубопроводу подается сжатый воздух, который через насадки из пористого материала в виде мельчайших пузырьков равномерно распределяется по сечению флотатора. В процессе всплывания пузырьки воздуха обволакивают частицы маслопродуктов, поверхностно-активных веществ и мелких твердых частиц, увеличивая скорость их всплывания. Образующаяся таким образом пена скапливается между зеркалом воды и крышкой флотатора, откуда она отсасывается центробежным вентилятором в пеносборник и через трубопровод направляется для обработки пены и извлечения из нее маслопродуктов. В процессе вертикального движения сточной воды во флотаторе содержащийся в воздухе кислород окисляет органические примеси, а при малой их концентрации имеет место насыщение воды кислородом. Очищенная таким образом сточная вода огибает вертикальную перегородку и сливается в приемник очищенной воды, откуда по трубопроводу подается для дальнейшей обработки.

В промышленности также используют метод электрофлотации, преимущества которого заключаются в том, что протекающие при электрофлотации электрохимические окислительно-восстановительные процессы обеспечивают дополнительное обеззараживание сточных вод. Кроме того, использование алюминиевых или железных электродов обусловливает переход ионов алюминия или железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц загрязнений, содержащихся в сточной воде.

Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей фильтрованием - заключительный этап очистки. Этот этап необходим, поскольку концентрация маслопродуктов в сточной воде на выходе из отстойников или гидроциклонов достигает 0,01...0,2 кг/м³ и значительно превышает допустимые концентрации маслопродуктов в водоемах. Кроме того, в оборотных системах водоснабжения допустимое содержание маслопродуктов в сточной воде на выходе из очистных сооружений во многих случаях меньше ПДК их в воде водоемов.

Адсорбция масел (как и любых нефтепродуктов) на поверхности фильтроматериала происходит за счет сил межмолекулярного взаимодействия и ионных связей. Существенное влияние на процесс осаждения маслопродуктов на фильтроматериал имеют электрические явления, происходящие на поверхности раздела кварц-водная среда, связанные с возникновением разности электрических потенциалов на этой поверхности и образованием двойного электрического слоя. На процесс адсорбции маслопродуктов влияют также и поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащиеся в сточной воде.

Исследования процессов фильтрования сточных вод, содержащих маслопримеси, показали, что кварцевый песок -- лучший фильтроматериал. Применение реагентов повышает эффективность очистки, однако при этом значительно возрастает стоимость очистных сооружений и усложняется процесс их эксплуатации. Образующийся при этом осадок требует дополнительных устройств для его переработки.

В качестве фильтрующих материалов кроме кварцевого песка используют доломит, керамзит, глауконит. Эффективность очистки сточных вод от маслосодержащих примесей значительно повышается при добавлении волокнистых материалов (асбеста и отходов асбестоцементного производства).

Перечисленные фильтрующие материалы характеризуются рядом недостатков: малой скоростью фильтрации и сложностью процесса регенерации. Эти недостатки устраняются при использовании в качестве фильтроматериала вспененного полиуретана. Пенополиуретаны, обладая большой маслопоглощательной способностью, обеспечивают эффективность очистки до 0,97...0,99 при скорости фильтрования до 0,01 м/с, насадка из пенополиуретана легко регенерируется механическим отжиманием маслопродуктов.

Схема фильтра-сепаратора с фильтровальной загрузкой из частиц пенополиуретана, предназначенного для очистки сточных вод от маслопродуктов и твердых частиц. Сточную воду по входному трубопроводу подают под нижнюю опорную решетку. Вода проходит через фильтровальную загрузку в роторе, верхнюю решетку и очищенная от примесей переливается в приемный карман и выводится из корпуса фильтра. При концентрации маслопродуктов и твердых частиц до 0,1 кг/м³ эффективность очистки составляет соответственно 0,92...0,98 и 0,90, а время непрерывной эксплуатации фильтра -- 16...24 ч. Достоинством данной конструкции являются простота и высокая эффективность регенерации фильтра, для чего включают электродвигатель. При вращении ротора с фильтровальной загрузкой частицы пенополиуретана под действием центробежных сил отбрасываются к внутренним стенкам ротора, выжимая маслопродукты из ротора, которые поступают затем в карманы и направляются на регенерацию. Время полной регенерации фильтра составляет 0,1 ч.

Схема полиуретанового фильтра для очистки сточных вод от маслопримесей. Сточная вода по трубопроводу поступает в распределительную камеру и через регулирующий вентиль и водораспределительные окна подается в фильтр, заполненный пенополиуретаном. Пройдя через слои фильтроматериала, сточная вода очищается от масла и взвешенных веществ и через сетчатое днище отводится по трубопроводу. Для поддержания постоянного уровня очищаемой воды в фильтре предусмотрена камера с регулирующим вентилем. Регенерация частиц пенополиуретана осуществляется специальным устройством, установленным на передвижной тележке, что позволяет регенерировать весь объем фильтра. Насыщенные маслом частицы пенополиуретана цепным элеватором подают на отжимные барабаны и, освободив от маслообразных и взвешенных веществ, вновь подают в фильтр. Отжатые загрязнения по сборному желобу отводят для дальнейшей переработки.

8. Экологические требования при размещении и эксплуатации предприятий

Каждое предприятие должно проходить экологическую экспертизу.

Экологическая экспертиза -- система комплексной оценки всех возможных экологических и социально-экономических последствий осуществления проектов и реконструкций, направленная на предотвращение их отрицательного влияния на окружающую среду и на решение намеченных задач с наименьшими затратами ресурсов.

Правила определения допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями установлены ГОСТ 17.2.3.02-78. Для проведения экологической экспертизы при выборе площадки для строительства предприятия или при реконструкции действующего предприятия должны быть представлены следующие материалы:

- краткие сведения по обоснованию выбора района строительства с учетом физико-географических и метеорологических факторов, а также исходных данных, полученных от органов Госкомгидромета, характеризующих существующие уровни загрязнения атмосферы;

- характеристика выбросов загрязняющих веществ предприятием в атмосферу, ситуационный план района размещения предприятия с указанием размера санитарно-защитной зоны;

- намеченные решения по очистке и утилизации загрязняющих веществ;

- упрощенные (в соответствии с ОНД-86) расчеты загрязнения атмосферного воздуха;

- обоснование данных о возможных аварийных и залповых выбросах;

- нормативы ПДК загрязняющих веществ, которые будут выбрасываться в атмосферу.

Необходимо также учитывать совместное влияние на атмосферу загрязнений, поступивших из различных источников.

Разработка ПДВ должна проводиться на основе современных методов расчета, с учетом фоновых концентраций загрязнений в зоне промышленного предприятия. Кроме того, при разработке проектной документации необходимо предусмотреть действенный контроль за эффективностью работы очистного оборудования и за количеством выбросов загрязняющих веществ.

На многих предприятиях велики объемы загрязненного воздуха, выбрасываемого в атмосферу установками общеобменной вентиляции производственных помещений и местной вентиляции. Для таких источников строят вентиляционные трубы, расчет рассеивания выбросов которых производится по ОНД-86.

Общий выброс из мелких вентиляционных источников от одного здания в расчетах рассеивания за пределы предприятия можно относить к одному или нескольким условным источникам, для каждого из которых обосновываются значения ПДВ. Если выбросы превышают ПДВ, то должна быть предусмотрена очистка выбросов до рассеивания.

На определенных стадиях технологических процессов или при аварийных ситуациях возможны “залповые” выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, ПДВ для которых устанавливается по ОНД-86, полагая мощность источника выброса

(г/с),

где -- масса выбрасываемого вредного вещества, г;

-- продолжительность залпового выброса, с.

Для аварийных выбросов значения ПДВ не устанавливаются. При согласовании воздухоохранных мероприятий, намечаемых при реконструкции предприятий, указанные сведения по выбросам приводятся в сравнении с ранее существовавшими.

Проектные материалы по охране атмосферного воздуха от загрязнения должны быть оформлены и представлены на утверждение в виде отдельной книги “Мероприятия по охране атмосферного воздуха от загрязнения”.

Экспертизу проектных решений осуществляет экспертный Совет Госкомприроды. По результатам экологической экспертизы разработчику проекта выдается разрешение на выбросы загрязняющих веществ стационарными источниками с указанием срока его действия. Если значения ПДВ по объективным причинам не могут быть достигнуты, ГОСТ 17.2.3.02-78 допускает поэтапное снижение выбросов вредных веществ от действующих предприятий от временно согласованных вопросов (ВСВ) до значений ПДВ.

Для снижения выброса загрязняющих веществ в атмосферу необходимо провести следующие мероприятия: детально проработать технологический процесс с целью снижения количества выбрасываемых токсичных веществ или замены их на нетоксичные или малотоксичные; повысить герметичность оборудования; разработать и применить эффективную пылегазоочистку. Только после комплексной реализации этих мероприятий следует решать вопрос о рассеивании загрязняющих веществ через трубы. Методические рекомендации по согласованию и экспертизе мероприятий по охране атмосферы приведены в сборнике.

Воздействие промышленного предприятия на геологическую среду определяется технологической нагрузкой -- годовым количеством всех видов твердых и жидких отходов предприятия. Объектами повышенной экологической опасности считаются различные отстойники и шламонакопители.

При экспертизе проектов необходимо проверять наличие у предприятия возможностей по переработке и захоронению твердых и жидких отходов, а также полноту использования новейших научно-технических достижений в области малоотходной и безотходной технологии.

Оценку экологического воздействия промышленного предприятия на гидросферу проводят на основе баланса его водообеспечения (СНиП 11-31--88), в котором указывают компоненты водопотребления и водоотведения, а также объемы (м³/сут): повторно используемой воды, промышленных сточных вод, хозяйственно-бытовых сточных вод, безвозвратных потерь воды.

Создание замкнутых систем водообеспечения -- основное направление сокращения потребления свежей воды и предотвращения сбросов сточных вод. При экспертизе проектов следует проверять наличие и полноту разработки предложений по созданию замкнутых систем водообеспечения с необходимыми технико-экономическими обоснованиями.

При экспертизе проектов размещения крупных промышленных комплексов следует рассматривать состояние окружающей среды в районе, примыкающем к предприятию в радиусе 20 -- 30 км. Размер санитарно-защитной зоны должен соответствовать требованиям СН 245-71, СНиП II-89--80 и руководства по проектированию санитарно-защитных зон промышленных предприятий.

Не допускается утверждение проекта предприятия без проведения экологической экспертизы. В соответствии с ГОСТ 0.0.04--90 предприятие должно иметь экологический паспорт.